java线程：并发协作的经典之生产消费者模型

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-06-09 07:55 113阅读 0赞

Java线程：并发协作-生产者消费者模型

对于多线程程序来说，不管任何编程语言，生产者和消费者模型都是最经典的。就像学习每一门编程语言一样，Hello World！都是最经典的例子。

实际上，准确说应该是“生产者-消费者-仓储”模型，离开了仓储，生产者消费者模型就显得没有说服力了。  
对于此模型，应该明确一下几点：  
1、生产者仅仅在仓储未满时候生产，仓满则停止生产。  
2、消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费，仓空则等待。  
3、当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。  
4、生产者在生产出可消费产品时候，应该通知等待的消费者去消费。

此模型将要结合java.lang.Object的wait与notify、notifyAll方法来实现以上的需求。这是非常重要的。

/** * Java线程：并发协作-生产者消费者模型 * * @author leizhimin 2009-11-4 14:54:36 */
    public class Test { 
            public static void main(String[] args) {
                    Godown godown = new Godown(30);
                    Consumer c1 = new Consumer(50, godown);
                    Consumer c2 = new Consumer(20, godown);
                    Consumer c3 = new Consumer(30, godown);
                    Producer p1 = new Producer(10, godown);
                    Producer p2 = new Producer(10, godown);
                    Producer p3 = new Producer(10, godown);
                    Producer p4 = new Producer(10, godown);
                    Producer p5 = new Producer(10, godown);
                    Producer p6 = new Producer(10, godown);
                    Producer p7 = new Producer(80, godown);
    
                    c1.start();
                    c2.start();
                    c3.start();
                    p1.start();
                    p2.start();
                    p3.start();
                    p4.start();
                    p5.start();
                    p6.start();
                    p7.start();
            }
    }

/** * 仓库 */
    class Godown {
            public static final int max_size = 100; //最大库存量
            public int curnum;     //当前库存量
    
            Godown() {
            }
    
            Godown(int curnum) {
                    this.curnum = curnum;
            }
    
            /** * 生产指定数量的产品 * * @param neednum */
            public synchronized void produce(int neednum) {
                    //测试是否需要生产
                    while (neednum + curnum > max_size) {
                            System.out.println("要生产的产品数量" + neednum + "超过剩余库存量" + (max_size - curnum) + "，暂时不能执行生产任务!");
                            try {
                                    //当前的生产线程等待
                                    wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                    e.printStackTrace();
                            }
                    }
                    //满足生产条件，则进行生产，这里简单的更改当前库存量
                    curnum += neednum;
                    System.out.println("已经生产了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum);
                    //唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
                    notifyAll();
            }
    
            /** * 消费指定数量的产品 * * @param neednum */
            public synchronized void consume(int neednum) {
                    //测试是否可消费
                    while (curnum < neednum) {
                            try {
                                    //当前的生产线程等待
                                    wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                    e.printStackTrace();
                            }
                    }
                    //满足消费条件，则进行消费，这里简单的更改当前库存量
                    curnum -= neednum;
                    System.out.println("已经消费了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum);
                    //唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
                    notifyAll();
            }
    }

/** * 生产者 */
    class Producer extends Thread { 
            private int neednum;                //生产产品的数量
            private Godown godown;            //仓库
    
            Producer(int neednum, Godown godown) {
                    this.neednum = neednum;
                    this.godown = godown;
            }
    
            public void run() {
                    //生产指定数量的产品
                    godown.produce(neednum);
            }
    }

/** * 消费者 */
    class Consumer extends Thread { 
            private int neednum;                //生产产品的数量
            private Godown godown;            //仓库
    
            Consumer(int neednum, Godown godown) {
                    this.neednum = neednum;
                    this.godown = godown;
            }
    
            public void run() {
                    //消费指定数量的产品
                    godown.consume(neednum);
            }
    }

已经生产了10个产品，现仓储量为40  
已经生产了10个产品，现仓储量为50  
已经消费了50个产品，现仓储量为0  
已经生产了80个产品，现仓储量为80  
已经消费了30个产品，现仓储量为50  
已经生产了10个产品，现仓储量为60  
已经消费了20个产品，现仓储量为40  
已经生产了10个产品，现仓储量为50  
已经生产了10个产品，现仓储量为60  
已经生产了10个产品，现仓储量为70

Process finished with exit code 0

说明：  
对于本例，要说明的是当发现不能满足生产或者消费条件的时候，调用对象的wait方法，wait方法的作用是释放当前线程的所获得的锁，并调用对象的notifyAll() 方法，通知（唤醒）该对象上其他等待线程，使得其继续执行。这样，整个生产者、消费者线程得以正确的协作执行。  
notifyAll() 方法，起到的是一个通知作用，不释放锁，也不获取锁。只是告诉该对象上等待的线程“可以竞争执行了，都醒来去执行吧”。

本例仅仅是生产者消费者模型中最简单的一种表示，本例中，如果消费者消费的仓储量达不到满足，而又没有生产者，则程序会一直处于等待状态，这当然是不对的。实际上可以将此例进行修改，修改为，根据消费驱动生产，同时生产兼顾仓库，如果仓不满就生产，并对每次最大消费量做个限制，这样就不存在此问题了，当然这样的例子更复杂，更难以说明这样一个简单模型。

我喜欢简单的例子。