多线程学习之生产者和消费者与阻塞队列的关系

Love The Way You Lie 2024-03-24 22:21 40阅读 0赞

## 生产者和消费者 ##

### 概述： ###

生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：

*  生产者线程用于生产数据
 *  消费者线程用于消费数据

生产者和消费者之间通常会采用一个共享的数据区域，这样就可以将生产者和消费者进行解耦，

两者都不需要互相关注对方的

### 方法： ###

Object类的等待和唤醒方法

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法名</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>void wait()</td> 
   <td>导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify()方法或 notifyAll()方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void notify()</td> 
   <td>唤醒正在等待对象监视器的单个线程</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void notifyAll()</td> 
   <td>唤醒正在等待对象监视器的所有线程</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 案例需求： ###

*  桌子类(Desk)：定义表示双吉芝士汉堡数量的变量,定义锁对象变量,定义标记桌子上有无双吉芝士汉堡的变量
 *  生产者类(Cooker)：实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务
    
    1.判断是否有双吉芝士汉堡,决定当前线程是否执行
    
    2.如果有双吉芝士汉堡,就进入等待状态,如果没有双吉芝士汉堡继续执行,生产双吉芝士汉堡
    
    3.生产双吉芝士汉堡之后,更新桌子上双吉芝士汉堡状态,唤醒消费者消费双吉芝士汉堡
 *  消费者类(Foodie)：实现Runnable接口，重写run()方法，设置线程任务
    
    1.判断是否有双吉芝士汉堡,决定当前线程是否执行
    
    2.如果没有双吉芝士汉堡,就进入等待状态,如果有双吉芝士汉堡,就消费双吉芝士汉堡
    
    3.消费双吉芝士汉堡后,更新桌子上双吉芝士汉堡状态,唤醒生产者生产双吉芝士汉堡
 *  测试类(Demo)：里面有main方法，main方法中的代码步骤如下
    
    创建生产者线程和消费者线程对象
    
    分别开启两个线程

/**
     * @Author：kkoneone11
     * @name：Cooker
     * @Date：2023/8/27 18:55
     */
    public class Cooker extends Thread{
        private Desk desk;
    
        public Cooker(Desk desk){
            this.desk = desk;
        }
    
    //    生产者步骤：
    //            1，判断桌子上是否有双吉芝士汉堡
    //    如果有就等待，如果没有才生产。
    //            2，把双吉芝士汉堡放在桌子上。
    //            3，叫醒等待的消费者开吃。
    
        @Override
        public void run(){
            while(true){
                synchronized (desk.getLock()){
                    if(desk.getCount() == 0){
                        break;
                    }else {
                        if(!desk.isFlag()){
                            System.out.println("厨师正在制作双吉芝士汉堡");
                            //生产双层吉士
                            desk.setFlag(true);
                            //叫醒麦门弟子干饭
                            desk.getLock().notifyAll();
                        }else{
                            try{
                                desk.getLock().wait();
                            }catch (Exception e){
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    
    
    public class Foodie extends Thread{
        private Desk desk;
    
        public Foodie(Desk desk){
            this.desk = desk;
        }
    
    //        1，判断桌子上是否有双吉芝士汉堡。
    //        2，如果没有就等待。
    //        3，如果有就开吃
    //        4，吃完之后，桌子上的双吉芝士汉堡就没有了
    //                叫醒等待的生产者继续生产
    //        双吉芝士汉堡的总数量减一
    
        @Override
        public void run(){
            while(true){
                synchronized (desk.getLock()){
                    if(desk.getCount() == 0){
                        break;
                    }else {
                        if(desk.isFlag()){
                            //有双层吉士
                            System.out.println("麦门弟子疯狂炫吧");
                            desk.setFlag(false);
                            desk.getLock().notifyAll();
                            desk.setCount(desk.getCount() -1);
                        }else{
                            //没有双层吉士 等待
                            //使用什么对象当做锁,那么就必须用这个对象去调用等待和唤醒的方法.
                            try {
                                desk.getLock().wait();
                            }catch (Exception e){
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }
    
                }
            }
        }
    }
    
    
    
    public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            Desk desk = new Desk();
    
            Foodie f = new Foodie(desk);
            Cooker c = new Cooker(desk);
    
            f.start();
            c.start();
        }
    }

### 阻塞队列： ###

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素

阻塞队列继承结构：

![b5c985110a2441d88bfd741cc0d1b948.png][]

常见BlockingQueue的实现类:

*  ArrayBlockingQueue: 底层是数组,有界
 *  LinkedBlockingQueue: 底层是链表,无界.但不是真正的无界,最大为int的最大值

方法：

实例：

public class Demo {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            // 创建阻塞队列的对象,容量为 1
            ArrayBlockingQueue<String> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);
    
            // 存储元素
            arrayBlockingQueue.put("双层吉士");
    
            // 取元素
            System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
            System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); // 取不到会阻塞
    
            System.out.println("程序结束了");
        }
    }

案例需求优化：

不再需要Desk这个类，改用阻塞队列

public class Cooker extends Thread{
        private ArrayBlockingQueue<String> bd;
    
        public Cooker(ArrayBlockingQueue<String> bd) {
            this.bd = bd;
        }
    //    生产者步骤：
    //            1，判断桌子上是否有汉堡包
    //    如果有就等待，如果没有才生产。
    //            2，把汉堡包放在桌子上。
    //            3，叫醒等待的消费者开吃。
    
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    bd.put("汉堡包");
                    System.out.println("厨师放入一个汉堡包");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    
    
    public class Foodie extends Thread{
        private ArrayBlockingQueue<String> bd;
    
        public Foodie(ArrayBlockingQueue<String> bd) {
            this.bd = bd;
        }
    
        @Override
        public void run() {
    //        1，判断桌子上是否有汉堡包。
    //        2，如果没有就等待。
    //        3，如果有就开吃
    //        4，吃完之后，桌子上的汉堡包就没有了
    //                叫醒等待的生产者继续生产
    //        汉堡包的总数量减一
            while (true) {
                try {
                    String take = bd.take();
                    System.out.println("吃货将" + take + "拿出来吃了");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    
        }
    
    }
    
    
    public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            ArrayBlockingQueue<String> bd = new ArrayBlockingQueue<>(1);
    
            Foodie f = new Foodie(bd);
            Cooker c = new Cooker(bd);
    
            f.start();
            c.start();
        }
    }

[b5c985110a2441d88bfd741cc0d1b948.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/5f037dedba094f98b33658b82981a9d2.png