java 生产者消费者问题_生产者消费者问题Java三种实现
生产者-消费者Java实现
2017-07-27
1 概述
生产者消费者问题是多线程的一个经典问题，它描述是有一块缓冲区作为仓库，生产者可以将产品放入仓库，消费者则可以从仓库中取走产品。
解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：
采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步；
在生产者和消费者之间建立一个管道。
第一种方式有较高的效率，并且易于实现，代码的可控制性较好，属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制，被传输数据对象不易于封装等，实用性不强。
在Java中有四种方法支持同步，其中前三个是同步方法，一个是管道方法。
wait() / notify()方法
await() / signal()方法
BlockingQueue阻塞队列方法
PipedInputStream / PipedOutputStream
本文只介绍前三种。
2 实现
2.1 wait() / notify()方法
wait() / nofity()方法是基类Object的两个方法：
wait()方法：当缓冲区已满/空时，生产者/消费者线程停止自己的执行，放弃锁，使自己处于等等状态，让其他线程执行。
notify()方法：当生产者/消费者向缓冲区放入/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。
缓冲区Storage.java代码如下：
importjava.util.LinkedList;public classStorage
{//仓库最大存储量
private final int MAX_SIZE = 100;//仓库存储的载体
private LinkedList list = new LinkedList();//生产产品
public voidproduce(String producer)
{synchronized(list)
{//如果仓库已满
while (list.size() ==MAX_SIZE)
{
System.out.println("仓库已满，【"+producer+"】： 暂时不能执行生产任务!");try{//由于条件不满足，生产阻塞
list.wait();
}catch(InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}//生产产品
list.add(newObject());
System.out.println("【"+producer+"】：生产了一个产品\t【现仓储量为】:" +list.size());
list.notifyAll();
}
}//消费产品
public voidconsume(String consumer)
{synchronized(list)
{//如果仓库存储量不足
while (list.size()==0)
{
System.out.println("仓库已空，【"+consumer+"】： 暂时不能执行消费任务!");try{//由于条件不满足，消费阻塞
list.wait();
}catch(InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
list.remove();
System.out.println("【"+consumer+"】：消费了一个产品\t【现仓储量为】:" +list.size());
list.notifyAll();
}
}public LinkedListgetList()
{returnlist;
}public void setList(LinkedListlist)
{this.list =list;
}public intgetMAX_SIZE()
{returnMAX_SIZE;
}
}
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Test.java
public classTest {public static voidmain(String[] args)
{
Storage storage=newStorage();for(int i=1;i<6;i++)
{int finalI =i;new Thread(newRunnable() {
@Overridepublic voidrun() {
storage.produce(String.format("生成者%d:", finalI));
}
}).start();
}for(int i=1;i<4;i++)
{int finalI =i;new Thread(()-> storage.consume(String.format("消费者%d:", finalI))).start();
}
}
}
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结果如下：
仓库已空，【消费者1】： 暂时不能执行消费任务!
【生产者3】：生产了一个产品 【现仓储量为】:1
【消费者2】：消费了一个产品 【现仓储量为】:0
仓库已空，【消费者3】： 暂时不能执行消费任务!
【生产者1】：生产了一个产品 【现仓储量为】:1
【生产者4】：生产了一个产品 【现仓储量为】:2
【生产者2】：生产了一个产品 【现仓储量为】:3
【生产者5】：生产了一个产品 【现仓储量为】:4
【消费者1】：消费了一个产品 【现仓储量为】:3
【消费者3】：消费了一个产品 【现仓储量为】:2
2.2 await() / signal()方法
await()和signal()的功能基本上和wait() / nofity()相同，完全可以取代它们，但是它们和新引入的锁定机制Lock直接挂钩，具有更大的灵活性。通过在Lock对象上调用newCondition()方法，将条件变量和一个锁对象进行绑定，进而控制并发程序访问竞争资源的安全。
缓冲区Storage.java代码如下：
importjava.util.LinkedList;importjava.util.concurrent.locks.Condition;importjava.util.concurrent.locks.Lock;importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public classStorage {//仓库最大存储量
private final int MAX_SIZE = 100;//仓库存储的载体
private LinkedList list = new LinkedList();//锁
private final Lock lock = newReentrantLock();//仓库满的条件变量
private final Condition full =lock.newCondition();//仓库空的条件变量
private final Condition empty =lock.newCondition();//生产产品
public voidproduce(String producer) {
lock.lock();//如果仓库已满
while (list.size() ==MAX_SIZE) {
System.out.println("仓库已满，【" + producer + "】： 暂时不能执行生产任务!");try{//由于条件不满足，生产阻塞
full.await();
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}//生产产品
list.add(newObject());
System.out.println("【" + producer + "】：生产了一个产品\t【现仓储量为】:" +list.size());
empty.signalAll();//释放锁
lock.unlock();
}//消费产品
public voidconsume(String consumer) {//获得锁
lock.lock();//如果仓库存储量不足
while (list.size() == 0) {
System.out.println("仓库已空，【" + consumer + "】： 暂时不能执行消费任务!");try{//由于条件不满足，消费阻塞
empty.await();
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
list.remove();
System.out.println("【" + consumer + "】：消费了一个产品\t【现仓储量为】:" +list.size());
full.signalAll();//释放锁
lock.unlock();
}public LinkedListgetList() {returnlist;
}public void setList(LinkedListlist) {this.list =list;
}public intgetMAX_SIZE() {returnMAX_SIZE;
}
}
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2.3 BlockingQueue
它是一个已经在内部实现了同步的队列，实现方式采用的是我们第2种await() / signal()方法。它可以在生成对象时指定容量大小。它用于阻塞操作的是put()和take()方法：
put()方法：类似于我们上面的生产者线程，容量达到最大时，自动阻塞。
take()方法：类似于我们上面的消费者线程，容量为0时，自动阻塞。
importjava.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;public classStorage {//仓库最大存储量
private final int MAX_SIZE = 100;//仓库存储的载体
private LinkedBlockingQueue list = new LinkedBlockingQueue(100);//生产产品
public voidproduce(String producer) {//如果仓库已满
if (list.size() ==MAX_SIZE) {
System.out.println("仓库已满，【" + producer + "】： 暂时不能执行生产任务!");
}//生产产品
try{
list.put(newObject());
}catch(InterruptedException e) {//TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("【" + producer + "】：生产了一个产品\t【现仓储量为】:" +list.size());
}//消费产品
public voidconsume(String consumer) {//如果仓库存储量不足
if (list.size() == 0) {
System.out.println("仓库已空，【" + consumer + "】： 暂时不能执行消费任务!");
}try{
list.take();
}catch(InterruptedException e) {//TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("【" + consumer + "】：消费了一个产品\t【现仓储量为】:" +list.size());
}public LinkedBlockingQueuegetList() {returnlist;
}public void setList(LinkedBlockingQueuelist) {this.list =list;
}public intgetMAX_SIZE() {returnMAX_SIZE;
}
}
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