一、问题描述
生产者消费者问题(Producer-Consumer problem),也称有限缓冲区问题(Bounded-buffer promblem),是一个多线程同步问题的经典案例。对于一个固定大小的缓冲区,有两个线程共享该缓冲区----即“生产者”和“消费者”。顾名思义,“生产者”就是往缓冲区中添加数据的线程,“消费者”就是消耗缓冲区中数据的线程。如果不加以限制,当缓冲区满了的时候,如果“生产者”继续生产,就会导致缓冲区溢出;当缓冲区为空时,“消费者”也无法消费。
一个栗子:就拿北京烤鸭来说,烤鸭子的厨师就是“生产者”,买烤鸭的顾客就是“消费者”,烤鸭子的炉子就是有限缓冲区,比如说一个炉子只能放10只鸭子,那这个缓冲区的大小就是10,鸭子就是缓冲区中的数据。当炉子里已经有10只鸭子的时候,厨师就不能再添加烤鸭了,没地方放了,就必须等待顾客来买鸭子;而当炉子里没有鸭子时,顾客就必须等待厨师烤鸭子。
二、问题核心
所以该问题主要有以下几点需要注意:
(1)在一个线程进行生产或者消费时,其余线程就不能再进行消费或者生产(线程同步)
(2)在缓冲区为满时,生产者就不能继续生产
(3)在缓冲区为空时,消费者就不能继续消费
三、Java代码实现
当缓冲区已满时,生产者线程停止执行,放弃锁,使自己处于等状态,让其他线程执行;
当缓冲区已空时,消费者线程停止执行,放弃锁,使自己处于等状态,让其他线程执行;
当生产者向缓冲区放入一个产品时,向其他等待的线程发出可执行的通知,同时放弃锁,使自己处于等待状态;
当消费者从缓冲区取出一个产品时,向其他等待的线程发出可执行的通知,同时放弃锁,使自己处于等待状态;
产品Duck.java
//产品类
classDuck{//产品编号
public intid;public Duck(intid) {this.id =id;
}
}
缓冲区Container.java
//缓冲区类
classContainer{//容器大小为10
Duck[] ducks = new Duck[10];//记录当前缓冲区数据量
int count = 0;//生产者生产
public synchronized void push(Duck duck) throwsInterruptedException {//如果满了,就需要等待消费者
if(count == 10){this.wait(); //生产者等待
this.notifyAll(); //通知消费者消费
}//如果没满,就将生产的产品放入缓冲区
System.out.println("正在生产第"+duck.id+"只烤鸭");
ducks[count++] =duck;//通知消费者消费
this.notifyAll();
}//消费者消费
public synchronized Duck pop() throwsInterruptedException {//如果为空,就等生产者
if(count == 0){this.wait(); //消费者等待
this.notifyAll(); //唤醒消费者
}//如果不空就消费
count--;
Duck duck=ducks[count];
System.out.println("正在消费第"+duck.id+"只烤鸭");//通知生产者生产
this.notifyAll();returnduck;
}
}
生产者Producer.java
class Producer extendsThread{private Container container; //缓冲区
publicProducer(Container container){this.container =container;
}
@Overridepublic voidrun() {for (int i = 0; i < 20; i++) {
Duck duck= newDuck(i);try{
Thread.sleep(10);
container.push(duck);
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
消费者Consumer.java
class Consumer extendsThread{private Container container; //缓冲区
publicConsumer(Container container){this.container =container;
}
@Overridepublic voidrun() {for (int i = 0; i < 20; i++) {try{
Thread.sleep(100);
Duck duck=container.pop();
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
主方法:
public static voidmain(String[] args) {//创建一个缓冲区对象
Container container = newContainer();//创建生产者,消费对象
Producer producer = new Producer(container); //生产者
Consumer consumer = newConsumer(container);//开启线程
producer.start();
consumer.start();
}
注:wait()表示线程一直等待,直到其他线程唤醒该线程,并且该线程会释放对象得锁;
notifyAll()是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;
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