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java多线程生产者与消费者问题_Java多线程详解之四:生产者消费者问题

时间:2020-05-25 01:49:13

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java多线程生产者与消费者问题_Java多线程详解之四:生产者消费者问题

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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