生产者-消费者算是并发编程中常见的问题。依靠缓冲区我们可以实现生产者与消费者之间的解耦。生产者只管往缓冲区里面放东西，消费者只管往缓冲区里面拿东西。这样我们避免生产者想要交付数据给消费者，但消费者此时还无法接受数据这样的情况发生。
wait notify
这个问题其实就是线程间的通讯，所以要注意的是不能同时读写。生产者在缓冲区满的时候不生产，等待；消费者在缓冲区为空的时候不消费，等待。比较经典的做法是wait和notify。
生产者线程执行15次set操作
public class Producer implements Runnable{
private Channel channel;
public Producer(Channel channel) {
this.channel = channel;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<15;i++){
channel.set(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
}
}
消费者线程执行10次get操作
public class Consumer implements Runnable {
private Channel channel;
public Consumer(Channel channel) {
this.channel = channel;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++){
System.out.println("Consumer "+Thread.currentThread().getName()+" get "+channel.get());
}
}
}
现在定义Channel类,并创建两个生产者线程和三个消费者线程
public class Channel {
private List<String> buffer=new ArrayList<>();
private final int MAX_SIZE=10;
public synchronized String get(){
while (buffer.size()==0){//不要用if，醒来了也要再次判断
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
String str=buffer.remove(0);
notifyAll();
return str;
}
public synchronized void set(String str){
while (buffer.size()==MAX_SIZE){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
buffer.add(str);
notifyAll();
}
public static void main(String[] args) {
Channel channel=new Channel();
Producer producer=new Producer(channel);
Consumer consumer=new Consumer(channel);
for(int i=0;i<2;i++){
new Thread(producer).start();
}
for (int i=0;i<3;i++){
new Thread(consumer).start();
}
}
}
使用notifyAll而不是notify的原因是，notify有可能出现多次唤醒同类的情况，造成“假死”。我们可以使用Condition来实现更精确的唤醒。
Condition
将上面代码中的Channel类修改一下即可
public class Channel {
private List<String> buffer=new ArrayList<>();
private final int MAX_SIZE=10;
private Lock lock=new ReentrantLock();
private Condition producer=lock.newCondition();
private Condition consumer=lock.newCondition();
public String get(){
String str=null;
try {
lock.lock();
while (buffer.size()==0){
consumer.await();
}
str=buffer.remove(0);
producer.signalAll();
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
return str;
}
public void set(String str){
try {
lock.lock();
while (buffer.size()==MAX_SIZE){
producer.await();
}
buffer.add(str);
consumer.signalAll();
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
双缓冲与Exchanger
当同步的花销非常大时，我们可以采用双缓冲区的办法。双缓冲的一个好处就在于：因为生产者和消费者各自拥有一个缓冲区，所以他们不会同时对同一个缓冲区进行操作，那么我们就不需要为读写操作加锁，用空间换了时间。在Java中可以通过Exchanger来交换两个线程之间的数据结构。
public class Producer implements Runnable{
private List<String> buffer;
private Exchanger<List<String>> exchanger;
public Producer(List<String> buffer, Exchanger<List<String>> exchanger){
this.buffer=buffer;
this.exchanger=exchanger;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++){
for (int j=0;j<10;j++)
buffer.add("Thrad "+Thread.currentThread().getName()+" : "+i+" "+j);
try {
buffer=exchanger.exchange(buffer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public class Consumer implements Runnable {
private Exchanger<List<String>> exchanger;
private List<String> buffer;
public Consumer(List<String> buffer,Exchanger<List<String>> exchanger) {
this.exchanger = exchanger;
this.buffer = buffer;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++){
try {
buffer=exchanger.exchange(buffer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
for(int j=0;j<10;j++){
String message=buffer.get(0);
System.out.println(message);
buffer.remove(0);
}
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> buffer1=new ArrayList<>();
List<String> buffer2=new ArrayList<>();
Exchanger<List<String>> exchanger=new Exchanger<>();
Producer producer=new Producer(buffer1,exchanger);
Consumer consumer=new Consumer(buffer2,exchanger);
Thread t1=new Thread(producer);
Thread t2=new Thread(consumer);
t1.start();
t2.start();
}
}
BlockingQueue
我们可以使用更为方便安全的阻塞式集合来实现生产消费者模型。
这类集合具有的特点是：当集合已满或者是为空的时候，被调用的方法不会立即执行，该方法将被阻塞，直到可以成功执行为止。
public class Channel {
private BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(10);
public String get(){
String str=null;
try {
str=blockingQueue.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return str;
}
public void set(String str){
try {
blockingQueue.put(str);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
这次的Channel类是不是比之前的简洁了许多，有了BlockingQueue我们就不用再去写wait和notify了。
