简介
多线程通信始终是高频面试考点，有些面试官可能要求现场手写生产者/消费者代码来考查多线程的功底，明天咱们以理论生存中母鸡下蛋案例用代码分析下实现过程。母鸡在鸡窝下蛋了，叫练从鸡窝里把鸡蛋拿进去这个过程，母鸡在鸡窝下蛋，是生产者，叫练捡出鸡蛋，叫练是消费者，一进一出就是线程中的生产者和消费者模型了，鸡窝是放鸡蛋容器。事实中还有很多这样的案例，如医院叫号。上面咱们画个图示意下。
一对一生产和生产：一只母鸡和叫练
wait/notify
package com.duyang.thread.basic.waitLock.demo;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2020-12-30 16:18 * @description：母鸡下蛋：一对一生产者和消费者 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class SingleNotifyWait { //装鸡蛋的容器 private static class EggsList { private static final List<String> LIST = new ArrayList(); } //生产者：母鸡实体类 private static class HEN { private String name; public HEN(String name) { this.name = name; } //下蛋 public void proEggs() throws InterruptedException { synchronized (EggsList.class) { if (EggsList.LIST.size() == 1) { EggsList.class.wait(); } //容器增加一个蛋 EggsList.LIST.add("1"); //鸡下蛋须要劳动能力持续产蛋 Thread.sleep(1000); System.out.println(name+":下了一个鸡蛋！"); //告诉叫练捡蛋 EggsList.class.notify(); } } } //人对象 private static class Person { private String name; public Person(String name) { this.name = name; } //取蛋 public void getEggs() throws InterruptedException { synchronized (EggsList.class) { if (EggsList.LIST.size() == 0) { EggsList.class.wait(); } Thread.sleep(500); EggsList.LIST.remove(0); System.out.println(name+":从容器中捡出一个鸡蛋"); //告诉叫练捡蛋 EggsList.class.notify(); } } } public static void main(String[] args) { //发明一个人和一只鸡 HEN hen = new HEN("小黑"); Person person = new Person("叫练"); //创立线程执行下蛋和捡蛋的过程； new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { hen.proEggs(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); //叫练捡鸡蛋的过程！ new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { person.getEggs(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); }}如下面代码，咱们定义EggsList类来装鸡蛋，HEN类示意母鸡，Person类示意人。在主函数中创立母鸡对象“小黑”，人对象“叫练”， 创立两个线程别离执行下蛋和捡蛋的过程。代码中定义鸡窝中最多只能装一个鸡蛋（当然能够定义多个）。具体过程：“小黑”母鸡线程和“叫练”线程线程竞争锁，如果“小黑”母鸡线程先获取锁，发现EggsList鸡蛋的个数大于0，示意有鸡蛋，那就调用wait期待并开释锁给“叫练”线程，如果没有鸡蛋，就调用EggsList.LIST.add("1")示意生产了一个鸡蛋并告诉“叫练”来取鸡蛋并开释锁让“叫练”线程获取锁。“叫练”线程调用getEggs()办法获取锁后发现，如果鸡窝中并没有鸡蛋就调用wait期待并开释锁告诉“小黑”线程获取锁去下蛋，如果有鸡蛋，阐明“小黑”曾经下蛋了，就把鸡蛋取走，因为鸡窝没有鸡蛋了，所以最初也要告诉调用notify()办法告诉“小黑”去下蛋，咱们察看程序的执行后果如下图。两个线程是死循环程序会始终执行上来，下蛋和捡蛋的过程中用到的锁的是EggsList类的class，“小黑”和“叫练”竞争的都是对立把锁，所以这个是同步的。这就是母鸡“小黑”和“叫练”沟通的过程。
神马？？？鸡和人能沟通！！
Lock条件队列
package com.duyang.thread.basic.waitLock.demo;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2020-12-30 16:18 * @description：母鸡下蛋：一对一生产者和消费者 条件队列 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class SingleCondition { private static Lock lock = new ReentrantLock(); //条件队列 private static Condition condition = lock.newCondition(); //装鸡蛋的容器 private static class EggsList { private static final List<String> LIST = new ArrayList(); } //生产者：母鸡实体类 private static class HEN { private String name; public HEN(String name) { this.name = name; } //下蛋 public void proEggs() { try { lock.lock(); if (EggsList.LIST.size() == 1) { condition.await(); } //容器增加一个蛋 EggsList.LIST.add("1"); //鸡下蛋须要劳动能力持续产蛋 Thread.sleep(1000); System.out.println(name+":下了一个鸡蛋！"); //告诉叫练捡蛋 condition.signal(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } //人对象 private static class Person { private String name; public Person(String name) { this.name = name; } //取蛋 public void getEggs() { try { lock.lock(); if (EggsList.LIST.size() == 0) { condition.await(); } Thread.sleep(500); EggsList.LIST.remove(0); System.out.println(name+":从容器中捡出一个鸡蛋"); //告诉叫练捡蛋 condition.signal(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } public static void main(String[] args) { //发明一个人和一只鸡 HEN hen = new HEN("小黑"); Person person = new Person("叫练"); //创立线程执行下蛋和捡蛋的过程； new Thread(()->{ for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { hen.proEggs(); } }).start(); //叫练捡鸡蛋的过程！ new Thread(()->{ for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { person.getEggs(); } }).start(); }}如下面代码，只是将synchronized换成了Lock，程序运行的后果和下面的统一，wait/notify换成了AQS的条件队列Condition来控制线程之间的通信。Lock须要手动加锁lock.lock()，解锁lock.unlock()的步骤放在finally代码块保障锁始终能被开释。await底层是unsafe.park(false,0)调用C++代码实现。
多对多生产和生产：2只母鸡和叫练/叫练媳妇
wait/notifyAll
package com.duyang.thread.basic.waitLock.demo;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2020-12-30 16:18 * @description：母鸡下蛋：多对多生产者和消费者 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class MultNotifyWait { //装鸡蛋的容器 private static class EggsList { private static final List<String> LIST = new ArrayList(); } //生产者：母鸡实体类 private static class HEN { private String name; public HEN(String name) { this.name = name; } //下蛋 public void proEggs() throws InterruptedException { synchronized (EggsList.class) { while (EggsList.LIST.size() >= 10) { EggsList.class.wait(); } //容器增加一个蛋 EggsList.LIST.add("1"); //鸡下蛋须要劳动能力持续产蛋 Thread.sleep(1000); System.out.println(name+":下了一个鸡蛋！共有"+EggsList.LIST.size()+"个蛋"); //告诉叫练捡蛋 EggsList.class.notify(); } } } //人对象 private static class Person { private String name; public Person(String name) { this.name = name; } //取蛋 public void getEggs() throws InterruptedException { synchronized (EggsList.class) { while (EggsList.LIST.size() == 0) { EggsList.class.wait(); } Thread.sleep(500); EggsList.LIST.remove(0); System.out.println(name+":从容器中捡出一个鸡蛋！还剩"+EggsList.LIST.size()+"个蛋"); //告诉叫练捡蛋 EggsList.class.notify(); } } } public static void main(String[] args) { //发明一个人和一只鸡 HEN hen1 = new HEN("小黑"); HEN hen2 = new HEN("小黄"); Person jiaolian = new Person("叫练"); Person wife = new Person("叫练媳妇"); //创立线程执行下蛋和捡蛋的过程； new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { hen1.proEggs(); Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { hen2.proEggs(); Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); //叫练捡鸡蛋的线程！ new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { jiaolian.getEggs(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); //叫练媳妇捡鸡蛋的线程！ new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { wife.getEggs(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); }}如下面代码，参照一对一生产和生产中wait/notify代码做了一些批改，创立了两个母鸡线程“小黑”，“小黄”，两个捡鸡蛋的线程“叫练”，“叫练媳妇”，执行后果是同步的，实现了多对多的生产和生产，如下图所示。有如下几点须要留神的中央：
- 鸡窝中能包容最大的鸡蛋是10个。
- 下蛋proEggs（）办法中判断鸡蛋数量是否大于等于10个应用的是while循环，wait收到告诉，唤醒以后线程，须要从新判断一次，防止程序呈现逻辑问题，这里不能用if，如果用if，程序可能呈现EggsList有超过10以上鸡蛋的状况。这是这道程序中容易呈现谬误的中央，也是常常会被问到的点，值得重点探索下。
- 多对多的生产者和消费者。
Lock条件队列
import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2020-12-30 16:18 * @description：母鸡下蛋：多对多生产者和消费者 条件队列 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class MultCondition { private static Lock lock = new ReentrantLock(); //条件队列 private static Condition condition = lock.newCondition(); //装鸡蛋的容器 private static class EggsList { private static final List<String> LIST = new ArrayList(); } //生产者：母鸡实体类 private static class HEN { private String name; public HEN(String name) { this.name = name; } //下蛋 public void proEggs() { try { lock.lock(); while (EggsList.LIST.size() >= 10) { condition.await(); } //容器增加一个蛋 EggsList.LIST.add("1"); //鸡下蛋须要劳动能力持续产蛋 Thread.sleep(1000); System.out.println(name+":下了一个鸡蛋！共有"+ EggsList.LIST.size()+"个蛋"); //告诉叫练/叫练媳妇捡蛋 condition.signalAll(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } //人对象 private static class Person { private String name; public Person(String name) { this.name = name; } //取蛋 public void getEggs() throws InterruptedException { try { lock.lock(); while (EggsList.LIST.size() == 0) { condition.await(); } Thread.sleep(500); EggsList.LIST.remove(0); System.out.println(name+":从容器中捡出一个鸡蛋！还剩"+ EggsList.LIST.size()+"个蛋"); //告诉叫练捡蛋 condition.signalAll(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } public static void main(String[] args) { //发明一个人和一只鸡 HEN hen1 = new HEN("小黑"); HEN hen2 = new HEN("小黄"); Person jiaolian = new Person("叫练"); Person wife = new Person("叫练媳妇"); //创立线程执行下蛋和捡蛋的过程； new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { hen1.proEggs(); Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { hen2.proEggs(); Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); //叫练捡鸡蛋的线程！ new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { jiaolian.getEggs(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); //叫练媳妇捡鸡蛋的线程！ new Thread(()->{ try { for (int i=0; i<Integer.MAX_VALUE;i++) { wife.getEggs(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); }}如下面代码，只是将synchronized换成了Lock，程序运行的后果和下面的统一，上面咱们比拟下Lock和synchronized的异同。这个问题也是面试中会常常问到的！
Lock和synchronized比拟
Lock和synchronized都能让多线程同步。次要异同点体现如下！
- 锁性质：Lock乐观锁是非阻塞的，底层是依赖cas+volatile实现，synchronized乐观锁是阻塞的，须要上下文切换。实现思维不一样。
- 性能细节上：Lock须要手动加解锁，synchronized主动加解锁。Lock还提供颗粒度更细的性能，比方tryLock等。
- 线程通信：Lock提供Condition条件队列，一把锁能够对应多个条件队列，对线程管制更细腻。synchronized只能对应一个wait/notify。
次要就这些吧，如果对synchronized，volatile，cas关键字不太理解的童鞋，能够看看我之前的文章，有很具体的案例和阐明。
总结
明天用生存中的例子转化成代码，实现了两种多线程中消费者/生产者模式，给您的倡议就是须要把代码敲一遍，如果认真执行了一遍代码应该能看明确，喜爱的请点赞加关注哦。我是叫练【公众号】，边叫边练。