Java多线程（3）—生产者/消费者

这个是一个典型的线程问题。生成者(Productor)生产商品并交给店员(Clerk)，消费者(Customer)从店员处购买商品，店员一次性只能购买固定数量的产品，如果生产者试图生成更多的商品，店员会叫生产者暂停一下，如果店里仓库有空位再通知生产者继续生产，如果店中没有商品了，就会告诉消费者等一下，如果店中有商品了就通知消费者来购买。这个场景和我们实际情况也比较贴切，这样就会想可能存在如下问题：

1. 生产者比消费者快的时，消费者会漏掉部分数据取不到（产品过剩导致浪费，出现滞销）
2. 消费者比生产者快时，消费者会取到相同的数据（产量不足，供不应求）

在解决这个方法之前先介绍一下线程通信

所谓线程通信可以这样理解：线程与线程之间不是相互独立的个体，它们彼此之间需要相互通信和协作，最典型的例子就是生产者-消费者问题：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。

1.notify/wait

前面的文中通过包括 static synchronized 等手段来解决数据共享的问题，即多个线程主动地读取一个共享数据，通过 同步互斥访问机制保证线程的安全性。等待/通知机制主要由Object类中的wait()、notify() 和 notifyAll()三个方法来实现。

wait():令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源，让其他线程可以访问并修改共享资源，而当前现场排队等候以获得再次对资源的访问机会

notify():唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待

notifyAll():唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待。

注意：

1. 这三个方法均非Thread类中所声明的方法，而是Object类中声明的方法。原因是每个对象都拥有monitor（锁），所以让当前线程等待某个对象的锁，当然应该通过这个对象来操作，而不是用当前线程来操作，因为当前线程可能会等待多个线程的锁，如果通过线程来操作，就非常复杂了。
2. Java.lang.Object提供的这三个方法只能在synchronized方法或synchronized代码块中使用

package blog;


public class TestAccount {

	public static void main(String[] args) {
		Account account  = new Account();
		Account account1  = new Account();
		
		//多线程对象
		User u_weixin = new User(account, 2000);
		User u_zhifubao = new User(account, 2000);
		
		Thread weixin = new Thread(u_weixin,"微信账户");
		Thread zhifubao = new Thread(u_zhifubao,"支付宝账户");
		
		weixin.start();
		zhifubao.start();
	}
}

class Account{

	public static int money = 3000;
	

	public  void takeMoney5(int m,Account a) {
		synchronized(a){//表示当前对象的代码被加入了synchronized同步锁，this表示当前对象
			String name = Thread.currentThread().getName();
			
			//如果是微信操作则等待，等支付宝操作完成再给微信操作
			if (name.equals("微信账户")) {
				try {
					a.wait();//当前线程等待进入阻塞状态
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
			
			if (m > money) {
				System.out.println(name + "操作，账户金额不足："+money);
			}else {
			
			System.out.println(name + "操作，账户原有金额："+money);
			System.out.println(name + "操作，取款金额:" + m);
			money = money - m;
			System.out.println(name + "操作，取款后的余额:" + money);
			}
			
			if (name.equals("支付宝账户")) {
				try {
					a.notify();//唤醒当前优先级最高的线程，进入就绪状态
				} catch (Exception e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
			
		}

	}
	
}

class User implements Runnable{
	Account account;
	int money;
	public User(Account account,int money) {
		
		this.account = account;
		this.money = money;
	}
	
    @Override
    public void run() {
    	account.takeMoney5(money,account);
    }
}

输出结果如下：

2.生产者/消费者

结合上述介绍的notify/wait机制，下面来实现生产者和消费者

package day15;

public class Test3 {

	public static void main(String[] args) {
		
		Clerk c = new Clerk();
		
		
		//消费时不生产，生产时不消费
		//生产者
		new Thread(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				synchronized (c) {
					while (true) {
						//无限循环表示无限生产
						if (c.productNum == 0) {
							System.out.println("商品数为0，开始生产");
							while (c.productNum < 5) {
								c.productNum++;//生产之后，增加商品
								System.out.println("库存值："+c.productNum);
								
							}
							System.out.println("产品数为：" + c.productNum +"结束生产");
							
							c.notify();//唤醒消费者，让生产者线程等待
						}else {
							try {
								c.wait();
							} catch (InterruptedException e) {
								// TODO Auto-generated catch block
								e.printStackTrace();
							}
						}
						
					}
				}
				
			}
		},"生产者").start();
		
		
		//消费时不生产，生产时不消费
		//生产者
		new Thread(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				synchronized (c) {
					while (true) {
						//无限循环表示无限消费
						if (c.productNum == 5) {
							System.out.println("商品数为4，开始消费");
							while (c.productNum  > 0) {
								c.productNum--;//消费产品，产品减少
								System.out.println("库存值："+c.productNum);
								
							}
							System.out.println("产品数为：" + c.productNum +"结束消费");
							
							c.notify();//唤醒生产者，让消费者线程等待
						}else {
							try {
								c.wait();//消费者线程等待
							} catch (InterruptedException e) {
								// TODO Auto-generated catch block
								e.printStackTrace();
							}
						}
						
					}
				}
				
			}
		},"消费者").start();
	}
}

class Clerk{
	public static int  productNum = 0;
	
}

输出结果如下：