Java精讲：生产者-消费者
本文概要
生产者和消费者问题是线程模型中老生常谈的问题，也是面试中经常遇到的问题。光在Java中的实现方式多达数十种，更不用说加上其他语言的实现方式了。那么我们该如何学习呢？
本文会通过精讲wait()和notify()方法实现生产者-消费者模型，来学习生产者和消费者问题的原理。
目的是当你理解了最简单实现原理，再看其他的实现，无非使用了更高级的机制（例如锁、信号量、管道等等）来照猫画虎的实现这个原理，万变不离其宗，它们的原理都是一样的。
本文也会列出一部分其他的实现方式代码。千万不要尝试去背诵所有实现代码，只有掌握了实现原理才能遇到问题的时候游刃有余。
精讲wait()和notify()方法实现生产者-消费者模型
- 啥是生产者-消费者模型：
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。
现实生活中的例子：12306抢购火车票、淘宝购买商品、仓库管理等。
- 分步的实现我们的模型
public class Test1 {
private static Integer count = 0; //代表生产的商品数量
private static final Integer FULL = 10; //代表商品最多多少个（也就是缓冲区大小）
private static final Object LOCK = new Object(); //锁对象 ----分析1
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 5; i++) { //创造一堆生产者和消费者模拟真实环境
new Thread(new Producer()).start();
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(new Consumer()).start();
}
}
static class Producer implements Runnable { //代表生产者
@Override
public void run() {
}
}
static class Consumer implements Runnable { //代表消费者
@Override
public void run() {
}
}
}
分析1.在main函数中创建了5个消费者线程任务和5个生产者线程任务，当这10个线程同时运行时，需要保证生产者和消费者所公用的缓冲区是同步被改变的，就是说不同线程访问缓冲区的数据不能发生错乱。这里就是用一个锁来保证缓冲区每次只有一个线程访问
接下来看下生产者和消费者的实现：
static class Producer implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { //一次多生产几个商品
try {
Thread.sleep(3000); //模拟真实环境，让生产的慢一点，间隔3秒
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (LOCK) { //线程同步
while (count.equals(FULL)) { //当缓冲区满了
try {
LOCK.wait(); //让线程等待 ----分析1
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
count++; //缓冲区不满时继续生产商品，商品加一
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产者生产，目前总共有" + count);
LOCK.notifyAll(); //唤醒等待的消费者
}
}
}
}
static class Consumer implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (LOCK) {
while (count == 0) { //当没有商品时，需要等待生产者生产商品
try {
LOCK.wait(); //----分析 2
} catch (Exception e) {
}
}
count--; //商品被消耗，商品减一
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费者消费，目前总共有" + count);
LOCK.notifyAll(); //商品被消耗后，通知等待的生产者
}
}
}
}
分析：
1.当缓冲区满了的时候，需要阻止生产者继续生产商品
2.当缓冲区为空，没有商品时，需要阻止消费者继续消费商品
相信代码分析和详细的注释，你已经能很好的理解这个生产者-消费者模型的原理了。接下来贴出其他的几种实现代码。
其他的实现方法代码
使用锁实现：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Test1 {
private static Integer count = 0;
private static final Integer FULL = 10;
//创建一个锁对象
private Lock lock = new ReentrantLock();
//创建两个条件变量，一个为缓冲区非满，一个为缓冲区非空
private final Condition notFull = lock.newCondition();
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
Test1 test1 = new Test1();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
}
class Producer implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//获取锁
lock.lock();
try {
while (count == FULL) {
try {
notFull.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "生产者生产，目前总共有" + count);
//唤醒消费者
notEmpty.signal();
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
lock.lock();
try {
while (count == 0) {
try {
notEmpty.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
count--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "消费者消费，目前总共有" + count);
notFull.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
}
使用阻塞队列：
当队列满了或空了的时候进行入队列操作都会被阻塞。
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
public class Test1 {
private static Integer count = 0;
//创建一个阻塞队列
final BlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
public static void main(String[] args) {
Test1 test1 = new Test1();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
new Thread(test1.new Producer()).start();
new Thread(test1.new Consumer()).start();
}
class Producer implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
blockingQueue.put(1);
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "生产者生产，目前总共有" + count);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
try {
blockingQueue.take();
count--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "消费者消费，目前总共有" + count);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
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正文到此结束
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