JAVA 线程间通信(生产者/消费者模式)-马育民老师

# 概述
在现实中，需要线程之间的协作。

比如说最经典的 **生产者-消费者** 模型

# 生产者-消费者

[![](https://www.malaoshi.top/upload/pic/java/1591469333,1272741648.jpg)](https://www.malaoshi.top/upload/pic/java/1591469333,1272741648.jpg)

### 生产者

负责生产数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程)。

### 消费者
负责处理数据的模块(这里模块可能是：方法、对象、线程、进程

### 缓冲区（队列）
消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个“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”拿要处理的数据。
[![](https://www.malaoshi.top/upload/0/0/1EF4t0Ug9K7W.png)](https://www.malaoshi.top/upload/0/0/1EF4t0Ug9K7W.png)

### 缓冲区的好处

1. 实现线程的并发协作
有了缓冲区以后，生产者线程只需要往缓冲区里面放数据，而不需要管消费者消费的情况;同样，消费者只需要从缓冲区拿数据处理即可，也不需要管生产者生产的情况。 
这样，就从逻辑上实现了“生产者线程”和“消费者线程”的分离。

2. 解耦了生产者和消费者
   生产者不需要和消费者直接打交道。

3. 解决忙闲不均，提高效率
   生产者生产数据慢时，缓冲区仍有数据，不影响消费者消费;消费者处理数据慢时，生产者仍然可以继续往缓冲区里面放置数据 。

### 注意
当队列满时，生产者需要等待队列有空间才能继续往里面放入商品，而在等待的期间内，生产者必须释放对临界资源（即队列）的占用权。

因为生产者如果不释放对临界资源的占用权，那么消费者就无法消费队列中的商品，就不会让队列有空间，那么生产者就会一直无限等待下去。因此，一般情况下，当队列满时，会让生产者交出对临界资源的占用权，并进入挂起状态。然后等待消费者消费了商品，然后消费者通知生产者队列有空间了。同样地，当队列空时，消费者也必须等待，等待生产者通知它队列中有商品了。这种互相通信的过程就是线程间的协作。

# 线程通信协作的两种方式：

1. syncrhoized加锁的线程的Object类的wait()/notify()/notifyAll()

2. ReentrantLock类加锁的线程的Condition类的await()/signal()/signalAll()

# 相关的类、方法

[Queue](https://www.malaoshi.top/show_1EF4sLRYsujv.html "Queue")
[JAVA wait()、notify()、notifyAll()](https://www.malaoshi.top/show_1EF4t16wH42H.html "JAVA wait()、notify()、notifyAll()")

# 案例

**注意：** 队列上限、休眠时间，不要乱改，否则可能无法显示队列满和空的效果

定义生产者，生产馒头

```

import java.util.Queue;

public class Productor implements Runnable {
    int index=1;
    Queue buffer=null;
    public Productor(Queue buffer){
        this.buffer=buffer;
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (buffer) {
                if (buffer.size() == Main.BUFFER_MAX) {
                    try {
                        System.out.println("筐里的馒头数量为："+buffer.size()+"，达到上限，生产线程等待");
                        buffer.wait();// 让当前线程处于等待
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                String str = "馒头-编号：" + index; // 馒头有编号，是为了方便看数据
                buffer.offer(str);// 往框里放馒头
                System.out.println("生产一个 " + str+",筐里馒头数量："+buffer.size());
                index++; // 馒头编号加1
                buffer.notify(); // 通知其他线程（消费者线程）可以执行了，即：框里有馒头了，通知学生来买馒头
//                模拟生产馒头，生产馒头慢，暂停200毫秒
                try {
                    Thread.sleep(80);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}
```

定义消费者，卖馒头

```
import java.util.Queue;
public class Customer implements Runnable {
    int index=0;
    Queue buffer=null;
    public Customer(Queue buffer){
        this.buffer=buffer;
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (buffer) {
                if (buffer.size() == 0) { // 框里没有馒头，暂停购买
                    try {
                        System.out.println("筐里的馒头数量为：0，购买线程等待");
                        buffer.wait(); // 停止当前线程
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                // poll() 返回第一个元素（第一个馒头）
                System.out.println("买一个 " + buffer.poll()+",筐里馒头数量："+buffer.size());
                buffer.notify();// 买了一个馒头，框里就少了一个馒头，所以通知生产者可以生成馒头了
//              模拟买馒头，买馒头快，暂停20毫秒
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}
```

测试类
```
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class Main {
    /**
     * 数字不能太大，否则筐里永远装不满
     */
    final static int BUFFER_MAX=10;
    public static void main(String[] args) {
        Queue buffer=new LinkedList();
        Productor p=new Productor(buffer);
        Customer c=new Customer(buffer);
        Thread tp=new Thread(p);
        Thread tc=new Thread(c);
        tc.start();
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        tp.start();
    }
}
```

执行结果：

```
筐里的馒头数量为：0，购买线程等待
生产一个 馒头-编号：1,筐里馒头数量：1
生产一个 馒头-编号：2,筐里馒头数量：2
生产一个 馒头-编号：3,筐里馒头数量：3
生产一个 馒头-编号：4,筐里馒头数量：4
生产一个 馒头-编号：5,筐里馒头数量：5
生产一个 馒头-编号：6,筐里馒头数量：6
生产一个 馒头-编号：7,筐里馒头数量：7
生产一个 馒头-编号：8,筐里馒头数量：8
生产一个 馒头-编号：9,筐里馒头数量：9
生产一个 馒头-编号：10,筐里馒头数量：10
筐里的馒头数量为：10，达到上限，生产线程等待
买一个 馒头-编号：1,筐里馒头数量：9
买一个 馒头-编号：2,筐里馒头数量：8
买一个 馒头-编号：3,筐里馒头数量：7
```

原文出处：http://malaoshi.top/show_1EF4t2GVjFe5.html