python多线程实现生产者消费者问题 java多线程生产者消费者

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lingyuli 2023-09-26 21:14:15

文章标签 python多线程实现生产者消费者问题数据 Customer ide 文章分类 Python 后端开发

Java编程--多线程（生产者和消费者问题）

知识点：

1. 生产者和消费者问题的产生；

2. Object类对多线程的支持。

一．问题的引出

生产者和消费者指的是两个不同的线程类对象，操作同一资源的情况。具体操作流程如下：

（1）生产者负责生产数据，消费者负责取走数据；

（2）生产者每生产完一组数据之后，消费者就要取走一组数据。

假设要生产的数据如下：

（1）第一组数据：name = Jack ，content = 大学生

（2）第二组数据：name = Mike ，content = 中学生

【范例】程序基本模型。

存储数据的类Info：

class Info {
	String name;
	String content;

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	public String getContent() {
		return content;
	}

	public void setContent(String content) {
		this.content = content;
	}
}

生产者类Producer：

class Producer implements Runnable {
	private Info info;

	public Producer(Info info) {
		this.info = info;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			if (i % 2 == 0) {
				this.info.setName("Jack");
				try {
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				this.info.setContent("大学生");
			} else {
				this.info.setName("Mike");
				this.info.setContent("中学生");
			}
		}
	}
}

消费者类Customer：

class Customer implements Runnable {
	private Info info;

	public Customer(Info info) {
		this.info = info;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			try {
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println(this.info.getName() + "---" + this.info.getContent());
		}
	}
}

主函数：

public class Test {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Info info = new Info();
		new Thread(new Producer(info)).start();
		new Thread(new Customer(info)).start();
	}
}

运行结果：

python多线程实现生产者消费者问题 java多线程生产者消费者_python多线程实现生产者消费者问题

通过以上代码发现两个严重问题：

（1）数据错位：不再是所需要的完整数据；

（2）数据重复取出，数据重复设置。

二．同步处理

数据的错位完全由非同步的操作所造成的，所以应该使用同步处理。因为取和设置是两个不同的操作，要想进行同步设置，就需要将其定义在一个类里面。

【案例】给程序加上同步。

class Info {
	String name;
	String content;

	public synchronized void set(String name, String content) {
		this.name = name;
		try {
			Thread.sleep(100);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		this.content = content;
	}

	public synchronized void get() {
		try {
			Thread.sleep(100);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println(this.name + "---" + this.content);
	}

}

class Producer implements Runnable {
	private Info info;

	public Producer(Info info) {
		this.info = info;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			if (i % 2 == 0) {
				this.info.set("Jack","大学生");
			} else {
				this.info.set("Mike","中学生");
			}
		}
	}
}

class Customer implements Runnable {
	private Info info;

	public Customer(Info info) {
		this.info = info;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			this.info.get();
		}
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Info info = new Info();
		new Thread(new Producer(info)).start();
		new Thread(new Customer(info)).start();
	}
}

运行结果：

python多线程实现生产者消费者问题 java多线程生产者消费者_数据_02

此时，数据的错位问题已经得到了很好的解决，但是重复操作问题更加严重了。

三．Object类支持

若要想实现整个代码的操作，必须加入等待与唤醒机制。在Object里面提供有专门的处理方法。

（1）等待：

public final void wait() throws InterruptedException

在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，导致当前线程等待。

（2）唤醒第一个等待线程：

public final void notify()

唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。

（3）唤醒全部等待线程：（哪个优先级高就先执行）

public final void notifyAll()

唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

【范例】解决程序问题。

class Info {
	String name;
	String content;
	private boolean flag = true;

	// flag为true表示可以生产，但是不能取走；false表示可以取走，但是不能生产
	public synchronized void set(String name, String content) {
		// 重复进入到set()方法里，发现不能生产，故需要等待
		if (this.flag == false) {
			try {
				super.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		this.name = name;
		try {
			Thread.sleep(100);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		this.content = content;
		this.flag = false; // 生产完成后修改生产标记
		super.notify(); // 唤醒其他等待线程
	}

	public synchronized void get() {
		if (this.flag == true) { // 还没生产
			try {
				super.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		try {
			Thread.sleep(100);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println(this.name + "---" + this.content);
		this.flag = true;
		super.notify();
	}

}

class Producer implements Runnable {
	private Info info;

	public Producer(Info info) {
		this.info = info;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			if (i % 2 == 0) {
				this.info.set("Jack", "大学生");
			} else {
				this.info.set("Mike", "中学生");
			}
		}
	}
}

class Customer implements Runnable {
	private Info info;

	public Customer(Info info) {
		this.info = info;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 100; i++) {
			this.info.get();
		}
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Info info = new Info();
		new Thread(new Producer(info)).start();
		new Thread(new Customer(info)).start();
	}
}

运行结果：

python多线程实现生产者消费者问题 java多线程生产者消费者_ide_03