多线程详解（四）

目录

一、线程协作

二、管程法

三、信号灯法

四、线程池

五、总结

一、线程协作

应用场景：生产者消费者问题

1）假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中的产品取走消费

2）如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止

3）如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

分析：

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件

1）对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费

2）对于消费者，在消费之后，需要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费

3）在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的

        synchronized可组织并发并更新同一个共享资源，实现了同步

        synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

注意：均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常lllegalMonitorStateException

常用解决办法1：

并发协作模型 ”生产者/消费者问题“  -->  管程法

1）生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）

2）消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）

3）缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个缓冲区

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

常用解决办法2：

并发协作模型 ”生产者/消费者问题“ --->  信号灯法

即设置标志位

二、管程法

利用缓冲区（管程法）解决生产者-消费者问题

所需类：生产者、消费者、缓冲区、产品

public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();
        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生产者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container){
        this.container=container;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}

//消费者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container=container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了--->"+container.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id;//产品编号
    public Chicken(int id){
        this.id=id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{
    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens=new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count=0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，就需要等待消费者消费
        if(count==chickens.length){
            //通知消费者消费，生产者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，就需要丢入产品
        chickens[count]=chicken;
        count++;

        //可以通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断是否能消费
        if(count==0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken=chickens[count];

        //吃完了，通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

运行结果：

三、信号灯法

利用标志位解决生产者-消费者问题

此处演员和观众的关系可理解为：录播

public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}

//生产者--演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    
    public Player(TV tv){
        this.tv=tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if(i%2==0){
                this.tv.play("快乐大本营播放中");
            }else{
                this.tv.play("抖音：记录美好生活");
            }
        }
    }
}

//消费者--观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    
    public Watcher(TV tv){
        this.tv=tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品--节目
class TV{
    //演员表演，观众等待
    //观众观看，演员等待
    String voice;//表演的节目
    boolean flag=true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice){
        if(!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了："+voice);

        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice=voice;
        this.flag=!this.flag;//取反
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if(flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了"+voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag=!this.flag;//取反
    }
}

运行结果：

四、线程池

1）背景：经常被创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下，对性能影响很大

2）思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。

3）好处：

        a.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）

        b.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）

        c.便于线程管理

                I.corePoolSize:核心池的大小

                II.maximumPoolSize:最大线程数

                III.keepAliveTime:线程没有任务时最多保持多长时间会终止

4）JDK5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService和Executors

5）ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExcutor

        a.void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable

        b.<T>Future<T> submit(Callable<T> task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable

        c.void shutdown()：关闭线程池

6）Excutors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

案例：测试线程池

public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为线程池大小
        ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(10);

        //执行Runnable接口的实现类
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭连接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

运行结果：

五、总结

回顾线程的创建

public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //Thread
        new MyThread1().start();

        //Runnable
        new Thread(new MyThread2()).start();

        //Callable
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            Integer integer = futureTask.get();
            System.out.println(integer);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

//1.继承Thread类
class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1");
    }
}

//2.实现Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1");
    }
}

//3.实现Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("MyThread3");

        return 100;
    }
}

运行结果：