Java多线程：线程通信：管程法和信号灯法，线程池的使用
线程协作
线程通信
- 应用场景 : 生产者和消费者问题
- 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 , 消费者将仓库中产品取走消费 .
- 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 .
- 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 .
线程通信-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 .
- 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
- 对于消费者 , 在消费之后 , 要通知生产者已经结束消费 , 需要生产新的产品以供消费.
- 在生产者消费者问题中 , 仅有synchronized是不够的
synchronized 可阻止并发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IllegalMonitorStateException
方式一
- 并发协作模型 “ 生产者 / 消费者模式 ” —>管程法
- 生产者 : 负责生产数据的模块 (可能是方法 , 对象 , 线程 , 进程) ;
- 消费者 : 负责处理数据的模块 (可能是方法 , 对象 , 线程 , 进程) ;
- 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
案例：
//思路
//1.思考需要哪些对象?
// 生产 , 消费 , 产品 , 容器
//2.分工
/*
生产者只管生产
消费者只管消费
鸡: 实体类
容器 :
容器添加数据.
要判断容器是否满 , 满了等待消费者消费
没有满,通知生产者生产
容器减少数据
判断还有没有数据, 没有数据的话 . 等待生产者生产
消费完毕 , 通知生产者生产
*/
import java.sql.SQLOutput;
//测试生产者和消费者问题
public class TestPC {
public static void main(String[] args) {
SynContainer synContainer = new SynContainer();
new Productor(synContainer).start();
new Consumer(synContainer).start();
}
}
//生产者
class Productor extends Thread{
//需要向容器中加入产品
SynContainer container;
public Productor(SynContainer container){
this.container = container;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i < 100; i++) {
//生产者添加产品
container.push(new Chicken(i));
System.out.println("生产者生产了"+i+"鸡");
}
}
}
//消费者
class Consumer extends Thread{
SynContainer container;
public Consumer(SynContainer container){
this.container = container;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i < 100; i++) {
//消费者拿走产品
Chicken chicken = container.pop();
System.out.println("消费者消费了"+chicken.id+"鸡");
}
}
}
//缓冲区-->容器
class SynContainer{
//容器
Chicken[] chickens = new Chicken[10];
//容器的计数器
int num = 0;
//生产者放入产品
public synchronized void push(Chicken chicken) {
//假如容易已经满了,就不用放,等待消费者消费
if (num>=chickens.length){
//等待消费者消费
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//假如容器没有满 , 通知生产生成
System.out.println("num,,,,,"+num);
chickens[num] = chicken;
System.out.println("数组有多少个元素"+num);
num++;
//通知消费者消费
this.notifyAll();
}
//消费者拿走产品
public synchronized Chicken pop(){
//假如容器空的,等待
if (num<=0){
//等待生产
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
num--;
Chicken chicken = chickens[num];
//通知生产者生产
this.notifyAll();
return chicken;
}
}
//产品->鸡
class Chicken {
int id;
public Chicken(int id) {
this.id = id;
}
}
方式二
- 并发协作模型 “ 生产者 / 消费者模式 ” —>信号灯法
案例：
//生产者消费2
//生产者--->演员
//消费者--->观众
//产品:信号灯--->电视----->声音
public class TestPC2 {
public static void main(String[] args) {
TV tv = new TV();
new Player(tv).start();
new Watcher(tv).start();
}
}
//生产者
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("节目:快乐大本营播放中");
System.out.println();
}else {
this.tv.play("广告:抖音,记录美好生活");
}
}
}
}
//消费者
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();
}
}
}
//电视
class TV{
//演员说话 , 观众等待
//观众观看 , 演员等待
boolean flag = true;
//说话
String voice;
//表演
public synchronized void play(String voice){
//演员等待
if (!flag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("表演了"+voice);
this.voice = voice;
//让观众观看
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
//观看
public synchronized void watch(){
//观众等待
if (flag){
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("观众听到了: "+voice);
//通知演员说话
this.notifyAll();
this.flag = !this.flag;
}
}
线程池的使用
- 背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影
响很大。 - 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。
- 好处：
- 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
- 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
- 便于线程管理(…)
-
corePoolSize：核心池的大小
-
maximumPoolSize：最大线程数
-
keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
-
JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors
- ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
void execute(Runnable command) ：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
void shutdown() ：关闭连接池 - Executors：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
案例一：
//线程创建方式
/*
1.继承Thread
2.实现Runnable接口
3.实现Callable接口
4.使用线程池
*/
import java.util.concurrent.*;
class MyThread1 extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread1");
}
}
class MyThread2 implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread2");
}
}
class MyThread3 implements Callable{
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("MyThread3");
return 200;
}
}
public class ThreadNew {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
new MyThread1().start();
new Thread(new MyThread2()).start();
FutureTask future = new FutureTask(new MyThread3());
new Thread(future).start();
Integer integer = future.get();
System.out.println(integer);
}
}
结果输出：
MyThread1
MyThread2
MyThread3
200
案例二：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
//使用线程池
public class ThreadPool{
public static void main(String[] args) {
//创建一个线程池(池子大小)
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
//执行runnable接口实现类
pool.execute(new MyThread4());
pool.execute(new MyThread4());
pool.execute(new MyThread4());
pool.execute(new MyThread4());
//关闭连接池
pool.shutdown();
}
}
class MyThread4 implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread4");
}
}