線程通信，在多線程系統(tǒng)中拱撵，不同的線程執(zhí)行不同的任務辉川；如果這些任務之間存在聯(lián)系，那么執(zhí)行這些任務的線程之間就必須能夠通信拴测，共同協(xié)調完成系統(tǒng)任務乓旗。

線程通信

生產(chǎn)者、消費者案例

案例分析

在案例中明集索，蔬菜基地作為生產(chǎn)者屿愚，負責生產(chǎn)蔬菜汇跨，并向超市輸送生產(chǎn)的蔬菜；消費者通過向超市購買獲得蔬菜妆距；超市怎作為生產(chǎn)者和消費者之間的共享資源穷遂，都會和超市有聯(lián)系；蔬菜基地娱据、共享資源蚪黑、消費者之間的交互流程如下：

生產(chǎn)者、消費者案例

在這個案例中吸耿，為什么不設計成生產(chǎn)者直接與給消費者交互祠锣？讓兩者直接交換數(shù)據(jù)不是更好嗎，選擇先先把數(shù)據(jù)存儲到共享資源中咽安，然后消費者再從共享資源中取出數(shù)據(jù)使用伴网，中間多了一個環(huán)節(jié)不是更麻煩了？

其實不是的妆棒，設計成這樣是有原因的澡腾，因為這樣設計很好的體現(xiàn)了面向對象的低耦合的設計理念；通過這樣實現(xiàn)的程序能更加符合人的操作理念糕珊，更加貼合現(xiàn)實環(huán)境动分；同時，也能很好的避免因生產(chǎn)者與消費者直接交互而導致的操作不安全的問題红选。

我們來對高耦合和低耦合做一個對比就會很直觀了：

高(緊)耦合：生產(chǎn)者與消費者直接交互澜公，生產(chǎn)者（蔬菜基地）把蔬菜直接給到給消費者，雙方之間的依賴程度很高喇肋；此時坟乾，生產(chǎn)者中就必須持有消費者對象的引用，同樣的道理蝶防，消費者也必須要持有生產(chǎn)者對象的引用甚侣；這樣，消費者和生產(chǎn)者才能夠直接交互间学。
低(松)耦合：引入一個中間對象（共享資源）來殷费，將生產(chǎn)者、消費者中需要對外輸出或者從外數(shù)據(jù)的操作封裝到中間對象中低葫，這樣详羡，消費者和生產(chǎn)者將會持有這個中間對象的引用，屏蔽了生產(chǎn)者和消費者直接的數(shù)據(jù)交互.氮采，大大見減小生產(chǎn)者和消費者之間的依賴程度殷绍。

關于高耦合和低耦合的區(qū)別，電腦中主機中的集成顯卡和獨立顯卡也是一個非常好的例子鹊漠。

集成顯卡普遍都集成于CPU中主到，所以如果集成顯卡出現(xiàn)了問題需要更換，那么會連著CPU一塊更換躯概，其維護成本與CPU其實是一樣的登钥；
獨立顯卡需要插在主板的顯卡接口上才能與計算機通信，其相對于整個計算機系統(tǒng)來說娶靡，是獨立的存在牧牢，即便出現(xiàn)問題需要更換，也只更換顯卡即可姿锭。

案例的代碼實現(xiàn)

接下來我們使用多線程技術實現(xiàn)該案例塔鳍，案例代碼如下：

蔬菜基地對象，VegetableBase.java

// VegetableBase.java

// 蔬菜基地
public class VegetableBase implements Runnable {

    // 超市實例
    private Supermarket supermarket = null;

    public VegetableBase(Supermarket supermarket) {
        this.supermarket = supermarket;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                supermarket.push("黃瓜", 1300);
                System.out.println("push : 黃瓜 " + 1300);
            } else {
                supermarket.push("青菜", 1400);
                System.out.println("push : 青菜 " + 1400);
            }
        }
    }
}

消費者對象呻此，Consumer.java

// Consumer.java

// 消費者
public class Consumer implements Runnable {

    // 超市實例
    private Supermarket supermarket = null;

    public Consumer(Supermarket supermarket) {
        this.supermarket = supermarket;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            supermarket.popup();
        }
    }
}

超市對象轮纫，Supermarket.java

// Supermarket.java

// 超市
public class Supermarket {

    // 蔬菜名稱
    private String name;
    // 蔬菜數(shù)量
    private Integer num;

    // 蔬菜基地想超市輸送蔬菜
    public void push(String name, Integer num) {
        this.name = name;
        this.num = num;
    }

    // 用戶從超市中購買蔬菜
    public void popup() {
        // 為了讓效果更明顯，在這里模擬網(wǎng)絡延遲
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {

        }
        System.out.println("蔬菜：" + this.name + ", " + this.num + "顆焚鲜。");
    }

}

運行案例掌唾，App.java

// 案例應用入口
public class App {

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建超市實例
        Supermarket supermarket = new Supermarket();
        // 蔬菜基地線程啟動, 開始往超市輸送蔬菜
        new Thread(new VegetableBase(supermarket)).start();
        new Thread(new VegetableBase(supermarket)).start();
        // 消費者線程啟動，消費者開始購買蔬菜
        new Thread(new Consumer(supermarket)).start();
        new Thread(new Consumer(supermarket)).start();
    }

}

發(fā)現(xiàn)了問題

運行該案例忿磅，打印出運行結果糯彬，外表一片祥和，可還是被敏銳的發(fā)現(xiàn)了問題葱她，問題如下所示：

案例運行中發(fā)現(xiàn)的問題

在一片看似祥和的打印結果中撩扒，出現(xiàn)了一個很不祥和的特例，生產(chǎn)基地在輸送蔬菜時吨些，黃瓜的數(shù)量一直都是1300顆搓谆，青菜的數(shù)量一直是1400顆，但是在消費者消費時卻出現(xiàn)了蔬菜名稱是黃瓜的锤灿，但數(shù)量卻是青菜的數(shù)量的情況挽拔。

之所以出現(xiàn)這樣的問題，是因為在本案例共享的資源中但校，多個線程共同競爭資源時沒有使用同步操作螃诅，而是異步操作，今兒導致了資源分配紊亂的情況状囱；需要注意的是术裸，并不是因為我們在案例中使用Thread.sleep();模擬網(wǎng)絡延遲才導致問題出現(xiàn)，而是本來就存在問題亭枷，使用Thread.sleep();只是讓問題更加明顯袭艺。

案例問題的解決

在本案例中需要解決的問題有兩個，分別如下：

問題一：蔬菜名稱和數(shù)量不匹配的問題叨粘。
問題二：需要保證超市無貨時生產(chǎn)猾编，超市有貨時才消費瘤睹。

針對問題一解決方案：保證蔬菜基地在輸送蔬菜的過程保持同步，中間不能被其他線程（特別是消費者線程）干擾答倡，打亂輸送操作轰传；直至當前線程完成輸送后，其他線程才能進入操作瘪撇，同樣的获茬，當有線程進入操作后，其他線程只能在操作外等待倔既。

所以恕曲，技術方案可以使用同步代碼塊/同步方法/Lock機制來保持操作的同步性。

針對問題二的解決方案：給超市一個有無貨的狀態(tài)標志渤涌，

超市無貨時佩谣，蔬菜基地輸送蔬菜補貨，此時生產(chǎn)基地線程可操作歼捏；
超市有貨時稿存，消費者線程可操作；就是：保證生產(chǎn)基地 ——> 共享資源 ——> 消費者這個整個流程的完整運行瞳秽。

技術方案：使用線程中的等待和喚醒機制瓣履。

同步操作，分為同步代碼塊和同步方法兩種练俐。詳情可查看我的另外一篇關于多線程的文章：「JAVA」Java 線程不安全分析袖迎，同步鎖和Lock機制，哪個解決方案更好

在同步代碼塊中的同步鎖必須選擇多個線程共同的資源對象腺晾，當前生產(chǎn)者線程在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的時候(先擁有同步鎖)燕锥，其他線程就在鎖池中等待獲取鎖；當生產(chǎn)者線程執(zhí)行完同步代碼塊的時候悯蝉，就會釋放同步鎖归形，其他線程開始搶鎖的使用權，搶到后就會擁有該同步鎖鼻由，執(zhí)行完成后釋放暇榴，其他線程再開始搶鎖的使用權，依次往復執(zhí)行蕉世。
多個線程只有使用同一個對象（就好比案例中的共享資源對象）的時候蔼紧，多線程之間才有互斥效果，我們把這個用來做互斥的對象稱之為同步監(jiān)聽對象狠轻，又稱同步監(jiān)聽器奸例、互斥鎖、同步鎖向楼，同步鎖是一個抽象概念查吊，可以理解為在對象上標記了一把鎖谐区。
同步鎖對象可以選擇任意類型的對象即可，只需要保證多個線程使用的是相同鎖對象即可菩貌。在任何時候卢佣，最多只能運行一個線程擁有同步鎖重荠。因為只有同步監(jiān)聽鎖對象才能調用wait和notify方法箭阶，wait和notify方法存在于Object類中。

線程通信之 wait和notify方法

在java.lang.Object類中提供了用于操作線程通信的方法戈鲁，詳情如下：

wait()：執(zhí)行該方法的線程對象會釋放同步鎖仇参，然后JVM把該線程存放到等待池中，等待著其他線程來喚醒該線程婆殿；
notify()：執(zhí)行該方法的線程會喚醒在等待池中處于等待狀態(tài)的的任意一個線程诈乒，把線程轉到同步鎖池中等待；
notifyAll()：執(zhí)行該方法的線程會喚醒在等待池中處于等待狀態(tài)的所有的線程婆芦，把這些線程轉到同步鎖池中等待怕磨；

注意：上述方法只能被同步監(jiān)聽鎖對象來調用，否則發(fā)生 IllegalMonitorStateException消约。

wait和notify方法應用實例

假設A線程和B線程共同操作一個X對象(同步鎖)肠鲫，A、B線程可以通過X對象的wait和notify方法來進行通信或粮，流程如下：

當A線程執(zhí)行X對象的同步方法時导饲，A線程持有X對象的鎖，B線程沒有執(zhí)行機會氯材，此時的B線程會在X對象的鎖池中等待渣锦；
當A線程在同步方法中執(zhí)行X.wait()方法時，A線程會釋放X對象的同步鎖氢哮，然后進入X對象的等待池中袋毙；
接著，在X對象的鎖池中等待鎖的B線程獲取X對象的鎖冗尤，執(zhí)行X的另一個同步方法听盖；
當B線程在同步方法中執(zhí)行X.notify()方法時，JVM會把A線程從X對象的等待池中轉到X對象的同步鎖池中生闲，等待獲取鎖的使用權媳溺；
當B線程執(zhí)行完同步方法后，會釋放擁有的鎖碍讯，然后A線程獲得鎖悬蔽，繼續(xù)執(zhí)行同步方法；

基于上述機制捉兴，我們就可以使用同步操作 + wait和notify方法來解決案例中的問題了蝎困，重新來實現(xiàn)共享資源——超市對象：

// 超市
public class Supermarket {

    // 蔬菜名稱
    private String name;
    // 蔬菜數(shù)量
    private Integer num;
    // 超市是否為空
    private Boolean isEmpty = true;

    // 蔬菜基地向超市輸送蔬菜
    public synchronized void push(String name, Integer num) {
        try {
            while (!isEmpty) {   // 超市有貨時录语，不再輸送蔬菜，而是要等待消費者獲取
                   this.wait();  
             }
                this.name = name;
                this.num = num;
            isEmpty = false;
            this.notify();              // 喚醒另一個線程
        } catch(Exception e) {
            
        }
        
    }

    // 用戶從超市中購買蔬菜
    public synchronized void popup() {
        
        try {
            while (isEmpty) { // 超市無貨時禾乘，不再提供消費澎埠，而是要等待蔬菜基地輸送
                   this.wait();
            }
            // 為了讓效果更明顯，在這里模擬網(wǎng)絡延遲
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("蔬菜：" + this.name + ", " + this.num + "顆始藕。");
            isEmpty = true;
            this.notify();  // 喚醒另一線程
        } catch (Exception e) {

        }   
    }
}

線程通信之使用Lock和Condition接口

由于wait和notify方法蒲稳，只能被同步監(jiān)聽鎖對象來調用，否則發(fā)生
IllegalMonitorStateException伍派。從Java 5開始江耀，提供了Lock機制，同時還有處理Lock機制的通信控制的Condition接口诉植。Lock機制沒有同步鎖的概念祥国，也就沒有自動獲取鎖和自動釋放鎖的這樣的操作了。

因為沒有同步鎖晾腔，所以Lock機制中的線程通信就不能調用wait和notify方法了舌稀；同樣的，Java 5 中也提供了解決方案灼擂，因此從Java 5開始壁查，可以：

使用Lock機制取代synchronized 代碼塊和synchronized 方法；
使用Condition接口對象的await缤至、signal潮罪、signalAll方法取代Object類中的wait、notify领斥、notifyAll方法嫉到；

Lock和Condition接口的性能也比同步操作要高很多，所以這種方式也是我們推薦使用的方式月洛。

我們可以使用Lock機制和Condition接口 方法來解決案例中的問題何恶，重新來實現(xiàn)的共享資源——超市對象，代碼如下：

// 超市
public class Supermarket {

    // 蔬菜名稱
    private String name;
    // 蔬菜數(shù)量
    private Integer num;
    // 超市是否為空
    private Boolean isEmpty = true;
        // lock
        private final Lock lock = new ReentrantLock();
        // Condition
        private Condition condition = lock.newCondition();
        

    // 蔬菜基地向超市輸送蔬菜
    public synchronized void push(String name, Integer num) {
        lock.lock(); // 獲取鎖
        try {
            while (!isEmpty) {   // 超市有貨時嚼黔，不再輸送蔬菜细层，而是要等待消費者獲取
                   condition.await();  
             }
                this.name = name;
                this.num = num;
            isEmpty = false;
            condition.signalAll();              
        } catch(Exception e) {
            
        } finally {
                lock.unlock();  // 釋放鎖
        }
        
    }

    // 用戶從超市中購買蔬菜
    public synchronized void popup() {
        lock.lock();
        try {
            while (isEmpty) { // 超市無貨時，不再提供消費唬涧，而是要等待蔬菜基地輸送
                   condition.await();
            }
            // 為了讓效果更明顯疫赎，在這里模擬網(wǎng)絡延遲
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("蔬菜：" + this.name + ", " + this.num + "顆。");
            isEmpty = true;
            condition.signalAll();  
        } catch (Exception e) {
                
        }   finally {
                lock.unlock();
        }
    }
}

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「JAVA」通過實現(xiàn)生產(chǎn)者末贾、消費者案例再次實踐Java 多線程

「JAVA」通過實現(xiàn)生產(chǎn)者闸溃、消費者案例再次實踐Java 多線程

生產(chǎn)者、消費者案例

案例的代碼實現(xiàn)

案例問題的解決

線程通信之 wait和notify方法

線程通信之使用Lock和Condition接口

「JAVA」通過實現(xiàn)生產(chǎn)者闸溃、消費者案例再次實踐Java 多線程

生產(chǎn)者、消費者案例

案例的代碼實現(xiàn)

案例問題的解決

線程通信之 wait和notify方法

線程通信之 使用Lock和Condition接口

線程通信之使用Lock和Condition接口