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多线程JUC：等待唤醒机制（生产者消费者模式）

news 2025/8/11 9:36:29

👨‍🎓作者简介：一位大四、研0学生，正在努力准备大四暑假的实习
🌌上期文章：多线程&JUC：解决线程安全问题——synchronized同步代码块、Lock锁
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等待唤醒机制（生产者消费者模式）

等待唤醒机制
等待唤醒机制的实现
- 消费者代码实现
- 生产者代码实现
阻塞队列实现等待唤醒机制

等待唤醒机制

等待唤醒机制也叫做生产者消费者模式，打破了以前线程间执行的随机性，生产者消费者模式能够使得线程之间是轮流运行的。是一个非常经典的多线程协作的模式。
对于两条线程，其中一条为生产者，另一条为消费者，大家都是学习过操作系统的，原理多少还是记得一些的。

对于等待唤醒机制，其只有2种情况：

1、消费者等待：若没有可以被消费者消费的数据，那么消费者就是进入wait状态，这时候生产者就可以抢占CPU生产数据，接着notify（唤醒）消费者
2、生产者等待：若已经有数据供给消费者消费，则生产者进入wait状态，消费者抢占CPU消费数据，接着notify（唤醒）生产者

在这其中可能会涉及到的方法：

方法名称	说明
void wait()	当前线程等待，直到被其他线程唤醒
void notify()	随机唤醒单个线程
void notifyAll()	唤醒所有线程

等待唤醒机制的实现

消费者代码实现

消费者和生产者中间有一个控制他们执行相应操作的核心，视为Controller，记录一些状态变量和锁对象：

public class Controller {/*** 控制消费者和生产者的执行*///表示是否有数据 0：没有 1：有public static int flag = 0;//消费者最多可以消费的数据量public static int count = 10;//锁对象public static Object lock = new Object();
}

接着实现消费者的逻辑：

public class Consumer extends Thread{@Overridepublic void run() {while(true){synchronized (Controller.lock) {if(Controller.count == 0){//消费者已经消费量了10次，退出break;}else{//先判断有无可以消费的数据if(Controller.flag == 0) {//若无，等待//用lock调用wait方法，使得当前线程与锁进行绑定，之后唤醒就唤醒这些被绑定了的线程try {Controller.lock.wait();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}else{//若有，消费System.out.println("正在消费，还可以消费" + --Controller.count + "个");//消费完后唤醒生产者，唤醒绑定在这把锁上的所有线程Controller.lock.notifyAll();//修改控制中心的状态Controller.flag = 0;}}}}}
}

生产者代码实现

public class Producer extends Thread{@Overridepublic void run() {while (true){synchronized (Controller.lock){if(Controller.count == 0){break;}else{if(Controller.flag == 1){//已经有供给消费者进行消费的数据try {Controller.lock.wait();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}else{System.out.println("成功生产");Controller.lock.notifyAll();Controller.flag = 1;}}}}}
}

最后编写测试类代码验证：

public class ThreadDemo {public static void main(String[] args) {//创建线程对象Producer producer = new Producer();Consumer consumer = new Consumer();//给线程设置名字producer.setName("生产者");consumer.setName("消费者");//开启线程producer.start();consumer.start();}
}

阻塞队列实现等待唤醒机制

何为阻塞队列？其实就是连接生产者和消费者的一个队列，管理着数据，分别供消费者take和生产者的put，如果put不进去或者take不出，则说明队列满了或者空了，这时候就会进入阻塞状态。

阻塞队列BlockingQueue本身实现了Iterable、Collection、Queue的接口，无法直接实例化，但是其具有2个实现类：

1、ArrayBlockingQueue：底层为数组，有界
2、LinkedBlockingQueue：底层为链表，无界（不是真正的无界，最大为int的最大范围，只是无须指定范围）

利用阻塞队列来实现是很便捷的，因为我们可以查看put和take方法的底层，可以发现这两个方法是自带锁的，所以我们在实现生产者和消费者的时候无须自己上锁，否则反而会容易因为锁的嵌套而发生死锁。
在这里插入图片描述

生产者代码：

public class Producer extends Thread{ArrayBlockingQueue<String> queue;public Producer(ArrayBlockingQueue<String> queue) {this.queue = queue;}@Overridepublic void run() {while (true) {//直接不断的把数据放进阻塞队列，如果满了它自己会阻塞try {queue.put("数据");System.out.println("消费者生产了一个数据到阻塞队列");} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
}

消费者代码：

public class Consumer extends Thread{ArrayBlockingQueue<String> queue;public Consumer(ArrayBlockingQueue<String> queue) {this.queue = queue;}@Overridepublic void run() {while (true){try {String take = queue.take();System.out.println(take);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
}

测试类：

public class ThreadDemo {/*** 使用阻塞队列实现等待唤醒机制，要保证生产者和消费者用的是同一个阻塞队列*/public static void main(String[] args) {//创建一个可以存放1个数据的阻塞队列ArrayBlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(1);//创建生产者和消费者对象，并把阻塞队列传递过去，使得它们使用同一个阻塞队列Producer producer = new Producer(queue);Consumer consumer = new Consumer(queue);producer.setName("生产者");consumer.setName("消费者");producer.start();consumer.start();}
}