一、背景 && 定义

多线程环境下，只要有并发问题，就要保证数据的安全性，一般指的是通过 synchronized 来进行同步。

另一个问题是， 多个线程之间如何协作呢 ？

我们看一个仓库出货问题(更具体一些，快餐店直接放好炸货的架子，不过每次只放一份)

1. 假设仓库中只能存放一件商品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走进行消费；
2. 如果仓库中没有商品，那么生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止；
3. 如果仓库中放有产品，消费者可快速取走并消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止。

这其实就是一个线程同步问题。 生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间互相依赖，互为条件。

如果一个快餐店：

先点单，餐出来之后再收钱。这种模式叫BIO-阻塞IO模式。

如果一个快餐店：

先收钱，收完钱消费者在旁边等。这种就是生产者-消费者模式。

这类问题里，同步的候只有 synchronized 是不够的，因为他虽然能解决资源的共享问题，实现资源的同步更新，但是无法 在不同线程之间进行消息传递 (通信)。

所以只有我们之前所说的 加锁 和 排队 是不够的，还要有 通知 。

定义：

生产者和消费者在同一时间段内共用同一个存储空间，生产者往存储空间中添加产品，消费者从存储空间中取走产品，当存储空间为空时，消费者阻塞，当存储空间满时，生产者阻塞。

为了解决双方能力不等而等待的问题，引入对应的解决方案。生产者消费者模型是一种并发协作模型。

二、解决方式介绍

2.1 管程法

1. 生产者 ：负责生产数据的模块(模块可能是方法、对象、线程、进程)；
2. 消费者 ：负责处理数据的模块(模块可能是方法、对象、线程、进程)；
3. 缓冲区 ：消费者不能直接使用生产者的数据，它们之间有个“缓冲区”(缓冲区一般是队列)。

生产者和消费者都是通过缓冲区进行数据的 放 和 那 。

这样的话，一来可以避免旱的旱死，涝的涝死的问题：不管哪一方过快或者过慢，缓冲区始终有一部分数据；二来能够达到生产者和消费者的解耦，不再直接通信，从而提高效率。

因为容器相当于一个输送商品的管道，所以成为 管程法 。

2.2 信号灯法

采用类似红灯绿灯的模式，决定车走还是人走。

• 管程法使用容器的状态来控制，数据在容器中；
• 而信号灯法只是用信号来给生产者和消费者提醒，他们的交互数据并不由信号灯来保管。

2.3 Object类

jdk 里面 Object 类老早就有提供解决线程间通信的问题的方法：

1. wait() ：表示线程一直等待，直到其他线程通知(也就是调用了notify或者notifyAll方法)，与sleep不同，会释放锁；
2. wait(long timeout) ：指定时间；
3. notify() ：唤醒一个处于等待状态的线程；
4. notifyAll() ：唤醒同一个对象上所有调用 wait() 方法的线程，优先级别高的线程优先调度。

这几个方法都是在 同步方法或者同步代码块 中使用，否则会抛出异常。

(很多面试题问 Java 的 Object 类有哪些方法，都是希望得到关于这块的答案，引导多线程)

三、管程法实现

管程法实现的四个角色：

1. 生产者和消费者都是多线程；
2. 中间的缓冲区应该是一个容器，并且需要的是一个 并发容器 ，java.util.concurrent包里面已经提供了；
3. 资源，也就是各个角色来回交换的商品。

利用 Object 类的几个方法，来实现管程法，以下是代码示例：

/*** 协作模型：生产者消费者模型实现：管程法*/public class Cooperation1 {    public static void main(String[] args) {        Container container = new Container();        new Producer(container).start();        new Consumer(container).start();    }}/*** 生产者*/class Producer extends Thread{    Container container;    public Producer(Container container){        this.container = container;    }    @Override    public void run() {        //生产过程        for (int i=0; i<10; i++){            System.out.println("生产第 " + i + " 个馒头");            container.push(new Hamburger(i));        }    }}/*** 消费者*/class Consumer extends Thread{    Container container;    public Consumer(Container container){        this.container = container;    }    @Override    public void run() {        //消费过程        for (int i=0; i<10; i++){            System.out.println("消费第 " + container.pop().id + " 个馒头");        }    }}/*** 缓冲区，操作商品，并和生产者、消费者交互*/class Container{    Hamburger[] food = new Hamburger[10];    private int count = 0;    //存储：生产    public synchronized void push(Hamburger hamburger){        if (count == food.length){            try {                this.wait();//阻塞，但是等待消费者通知后会解除            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        food[count++] = hamburger;        this.notifyAll();//说明存在数据了，通知消费者消费    }    //获取：消费    public synchronized Hamburger pop(){        if (count ==0 ){            try {                this.wait();//阻塞，直到生产者通知后会解除            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        Hamburger ans = food[--count];        this.notifyAll();//存在空余空间了，通知生产者生产        return ans;    }}/*** 商品*/class Hamburger{    int id;    public Hamburger(int id) {        this.id = id;    }}

其中的核心有这么几点：

1. 容器相当于一个栈，是后进先出的；
2. 容器的两个方法对于资源的操作，一个和生产者交互，一个和消费者交互，除了 synchronized 修饰，因为两个方法是互斥的，所以利用 wait 和 notify 方法使他们完成阻塞和解除阻塞；
3. 生产者和容器交互，添加数据；
4. 消费者和容器交互，删除数据。

前面关于 线程的阻塞问题，生命周期里的阻塞 ，完整的可能情况，就包含这里的阻塞情况：

四、信号灯法实现

和上一种通过容器的容量让线程之间互相通知的方法不同，信号灯法没有用数据缓存的方式，而是用 信号灯来指示双方 ，对方是否已经准备好了要和你通信。

下面是一个 电视直播和观众的代码示例，通过信号灯，通知演员和观众直播，确保演员在演的时候，让观众来看。

/*** 协作模型：生产者消费者实现：信号灯法*/public class Cooperation2 {    public static void main(String[] args) {        TV tv = new TV();        new Actor(tv).start();        new Fans(tv).start();    }}/*** 生产者：演员*/class Actor extends Thread{    TV tv;    public Actor(TV tv){        this.tv = tv;    }    @Override    public void run() {        for (int i=0; i<10; i++){            if (i%2 == 0){                this.tv.play("节目 " + i);            }else{                this.tv.play("广告 " + i);            }        }    }}/*** 消费者：观众*/class Fans extends Thread{    TV tv;    public Fans(TV tv){        this.tv = tv;    }    @Override    public void run() {        for (int i=0; i<10; i++){            tv.watch();        }    }}/*** 共同资源：电视直播*/class TV{    String voice;    //信号灯，如果为真则演员准备，观众等待    //如果为假，则观众就位，演员等待    boolean flag = true;    //表演方法：针对生产者    public synchronized void play(String voice){        //演员等待        if (!flag){            try {                this.wait();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        this.voice = voice;        System.out.println("表演 "+voice +" ing");        //唤醒观众        this.notifyAll();        this.flag = !flag;    }    //观看方法：针对消费者    public synchronized void watch(){        //观众等待        if (flag){            try {                this.wait();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        System.out.println("观看 " + voice +" ing");        this.notifyAll();        this.flag = !flag;    }}

可以看到，相比管程法的核心区别是：

TV 没有用一个容器存储数据 ，只是通过生产者是否生产，来决定 信号灯 的标志，以此 通知消费者来消费。

显然这两种实现方法，有不同的适用场景，那就是决定于生产者消费者是否有数据沟通。