5.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，则将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，直到仓库中再次放入产品为止。
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）
5.1 解决线程之间通信问题的几个方法
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 llegalMonitorStateException
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5.2 解决线程之间通信的方式1：管程法
并发写作模型“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
package com.sjmp.advanced; // 生产者,消费者,产品,缓冲区 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; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println("生产了"+i+"只鸡"); container.push(new Chicken(i)); } } } class SynContainer{ // 需要一个容器的大小 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,生产等待 try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } chickens[count] = chicken; count++; this.notifyAll(); } // 消费者消费产品 public synchronized Chicken pop(){ // 判断能否消费 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]; // 可以通知消费了 this.notifyAll(); return chicken; } } class Consumer extends Thread{ SynContainer container; public Consumer(SynContainer container){ this.container = container; } @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; } }
5.3 解决线程之间通信的方式1：信号灯法
这段代码是一个简单的生产者-消费者模型，其中演员（Player）作为生产者生产节目（voice），观众（Wathcher）作为消费者观看节目。TV 类中的 flag 变量用于控制生产者和消费者之间的配合，flag 为 true 表示可以生产，观众需要等待；flag 为 false 表示可以消费，演员需要等待。
package com.example.democrud.democurd.test01; public class TestSync { public static void main(String[] args) { TV tv = new TV(); // 创建一个 TV 实例 Player player = new Player(tv); // 创建演员线程 Watcher watcher = new Watcher(tv); // 创建观众线程 player.start(); // 启动演员线程 watcher.start(); // 启动观众线程 } } // 生产者 - 演员 class Player extends Thread{ private final TV tv; // TV 对象 public Player(TV tv){ this.tv = tv; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 20; i++) { // 生产 20 个节目 if(i % 2 == 0){ this.tv.play("快乐大本营"); // 生产“快乐大本营”节目 } else { this.tv.play("天天向上"); // 生产“天天向上”节目 } } } } // 消费者 - 观众 class Watcher extends Thread{ private final TV tv; // TV 对象 public Watcher(TV tv){ this.tv = tv; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 20; i++) { // 观看 20 个节目 tv.watch(); // 观众观看 TV 节目 } } } // 产品 - 节目 class TV{ // 标记，用于控制生产者和消费者之间的配合 // flag 为 true 表示可以生产，观众需要等待；flag 为 false 表示可以消费，演员需要等待。 private boolean flag = true; private String voice; // 节目名称 // 生产者生产节目 public synchronized void play(String voice){ while(!flag){ // 如果 flag 为 false，则说明已经有其他生产者在生产，当前线程需要等待 try { this.wait(); // 等待其他线程唤醒 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println("演员表演了: "+voice); // 生产完毕，唤醒其他被阻塞的消费者线程 this.notifyAll(); this.voice = voice; // 存储节目名称 this.flag = false; // 修改标记，指示可以消费 } // 消费者观看节目 public synchronized void watch(){ while(flag){ // 如果 flag 为 true，则说明已经有其他消费者在观看，当前线程需要等待 try { this.wait(); // 等待其他线程唤醒 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println("观看了: "+voice); // 消费完毕，唤醒其他被阻塞的生产者线程 this.notifyAll(); this.flag = true; // 修改标记，指示可以生产 } }
这段代码实现了生产者-消费者模型，使用线程同步机制 synchronized 和 wait/notifyAll 方法来控制线程安全和数据共享。其中，演员是生产者，观众是消费者，TV 节目是产品。
为了更好地理解和优化该代码，建议从以下几个方面入手：
添加注释：为代码添加必要的注释，解释类、方法和变量的作用和功能。
简化命名：对于类、方法和变量的命名应简洁明了，能快速表达其含义。
优化代码结构：将多余的空格、括号、换行符等去掉，使代码更加紧凑易读。
增加异常处理：在代码中添加必要的异常处理，防止程序因为异常而崩溃或出错。
尝试使用更简洁的方式：可以使用 Java 并发包中的 Lock 和 Condition 类来替代 synchronized 和 wait/notifyAll 方法，实现更加简洁和高效的线程同步和互斥。
增加日志输出：在代码中增加必要的日志输出，记录程序执行过程中的关键信息，方便调试和排查问题。
引入线程池：当需要创建大量线程时，可以考虑使用线程池来避免频繁创建和销毁线程的开销，提高程序的性能和效率。
通过对代码进行优化和升级，可以使其更加易读易懂、性能更加高效。
5.4 使用线程池
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。
优点：
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会终止
package com.example.democrud.democurd.test01; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Testpool { public static void main(String[] args) { //创建线程池 大小为10 ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(10); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); service.execute(new MyThread()); //2.关闭链接 service.shutdownNow(); } } class MyThread implements Runnable{ @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }
5.5 补充内容
package com.sjmp.Thread01; import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.FutureTask; public class ThreadFutureTest { public static class CallerTask implements Callable<String>{ @Override public String call() throws Exception { return "Thread-Callable- hello"; } } public static void main(String[] args) { // 创建异步任务 FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new CallerTask()); new Thread(futureTask).start(); try { String result = futureTask.get(); System.out.println(result); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } } }
如上代码中的 CallerTask 类实现了 Callable 接口的 call() 方法。在 main 函数内首先创建了一个 FutrueTask 对象（构造函数为 CallerTask 的实例），然后使用创建的 FutrueTask 对象作为任务创建了一个线程并且启动它，最后通过futureTask.get() 等待任务执行完毕并返回结果。
小结：使用继承方式的好处是方便传参，你可以在子类里面添加成员变量，通过 set 方法设置参数或者通过构造函数进行传递，而如果使用 Runnable 方式，则只能使用主线程里面被声明为 final 的变量。不好的地方是 Java 不支持多继承，如果继承了 Thread 类，那么子类不能再继承其他类，而 Runable 则没有这个限制。前两种方式都没办法拿到任务的返回结果，但是 Futuretask 方式可以。
5.6wait() 方法
7.回顾总结
package com.example.democrud.democurd.test01; import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.FutureTask; import java.util.function.Function; public class ThreadNew { public static void main(String[] args) { //1. new MyThread1().start(); //2. new Thread(new MyThread2()).start(); //3. 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 class MyThread1 extends Thread { @Override public void run() { System.out.println("我是继承Thread的方法"); } } //2.实现Runnable的接口 class MyThread2 implements Runnable { @Override public void run() { System.out.println("我是实现Runnable的接口"); } } //3.实现callable接口 //Callable<Integer> 中的Integer和重写的call返回值同步的 class MyThread3 implements Callable<Integer> { @Override public Integer call() throws Exception { System.out.println("我是实现callable接口"); return 10000; } }
