【全棧之路】JAVA基礎(chǔ)課程四_生產(chǎn)者消費者問題（20190614v1.1）

lemon 發(fā)布于2019-08-19 11:44 / 601人閱讀

摘要：寄語天眼之父南仁東，心無旁騖，為崇山峻嶺間的中國天眼燃盡生命，看似一口大鍋，天眼是世界上最大最靈敏的單口徑射電望遠鏡，可以接受百億光年外的電磁信號。南仁東總工程師執(zhí)著追求科學夢想的精神，將激勵一代又一代科技工作者繼續(xù)奮斗，勇攀世界科技高峰。

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寄語：
“天眼”之父南仁東，心無旁騖，為崇山峻嶺間的中國“天眼”燃盡生命，看似一口“大鍋”，天眼是世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，可以接受百億光年外的電磁信號。南仁東總工程師執(zhí)著追求科學夢想的精神，將激勵一代又一代科技工作者繼續(xù)奮斗，勇攀世界科技高峰。作為IT界的從業(yè)者，我們需要緊跟時代的步伐，踏過平庸，一生為科技筑夢。

生產(chǎn)者消費者問題

1. 背景

生產(chǎn)者消費者問題（Producer-consumer problem），也稱有限緩沖問題（Bounded-buffer problem），是一個多線程同步問題的經(jīng)典案例。生產(chǎn)者生成一定量的數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)中，然后重復此過程；與此同時，消費者也在緩沖區(qū)消耗這些數(shù)據(jù)。生產(chǎn)者和消費者之間必須保持同步，要保證生產(chǎn)者不會在緩沖區(qū)滿時放入數(shù)據(jù)，消費者也不會在緩沖區(qū)空時消耗數(shù)據(jù)。不夠完善的解決方法容易出現(xiàn)死鎖的情況，此時進程都在等待喚醒。

2. 條件

生產(chǎn)者僅僅在倉儲未滿時候生產(chǎn), 倉滿則停止生產(chǎn).

生產(chǎn)者在生產(chǎn)出可消費產(chǎn)品時候, 應(yīng)該通知等待的消費者去消費.

消費者僅僅在倉儲有產(chǎn)品時候才能消費, 倉空則等待.

消費者發(fā)現(xiàn)倉儲沒產(chǎn)品可消費時候會通知生產(chǎn)者生產(chǎn).

3.實現(xiàn)方式

wait() / notify()方法

await() / signal()方法

BlockingQueue阻塞隊列方法

Semaphore方法

PipedInputStream / PipedOutputStream

下面主要針對前面三種方式做代碼實現(xiàn)

（1） wait() / notify()方法

public class ProducerMain {

    private static Integer count=0;
    private final Integer full=10;
    private static String LOCK="LOCK";

    class  Producer 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==full){
                    try {
                        LOCK.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                }
                count++;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前共生產(chǎn)了："+count);
                LOCK.notifyAll();
            }
        }
    }
    class Consumer implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            synchronized (LOCK){
                while (count==0){
                    try {
                        LOCK.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                count--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生產(chǎn)者消費，目前共剩余："+count);
                LOCK.notifyAll();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ProducerMain producer = new ProducerMain();
        new Thread(producer.new Producer()).start();
        new Thread(producer.new Consumer()).start();
        new Thread(producer.new Producer()).start();
        new Thread(producer.new Consumer()).start();
        new Thread(producer.new Producer()).start();
        new Thread(producer.new Consumer()).start();
        new Thread(producer.new Producer()).start();
        new Thread(producer.new Consumer()).start();
    }
}

輸出結(jié)果

Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前共生產(chǎn)了：1
Thread-5生產(chǎn)者消費，目前共剩余：0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前共生產(chǎn)了：1
Thread-7生產(chǎn)者消費，目前共剩余：0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前共生產(chǎn)了：1
Thread-1生產(chǎn)者消費，目前共剩余：0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前共生產(chǎn)了：1
Thread-3生產(chǎn)者消費，目前共剩余：0

（2）await() / signal()方法

public class ReentrantLockDemo {
    private static Integer count = 0;
    private final Integer FULL = 10;
    final Lock lock = new ReentrantLock();
    final Condition NotFull = lock.newCondition();
    final Condition NotEmpty = lock.newCondition();

    class Producer implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                lock.lock();
                try {
                    while (count == FULL) {
                        try {
                            NotFull.await();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            // TODO Auto-generated catch block
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    count++;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有" + count);
                    NotEmpty.signal();
                } finally {
                    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) {
                            // TODO: handle exception
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    count--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "消費者消費，目前總共有" + count);
                    NotFull.signal();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }

            }

        }

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ReentrantLockDemo hosee = new ReentrantLockDemo();
        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();
        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();

        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();
        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();
    }
}

輸出結(jié)果

Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-7消費者消費，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-7消費者消費，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-7消費者消費，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-7消費者消費，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-7消費者消費，目前總共有1
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-5消費者消費，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-1消費者消費，目前總共有1
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-7消費者消費，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0

（3）BlockingQueue阻塞隊列方法

public class BlockingQueueMain {
    private static Integer count = 0;
    final BlockingQueue bq = new ArrayBlockingQueue(10);
    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 {
                    bq.put(1);
                    count++;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有" + count);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    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 {
                    bq.take();
                    count--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "消費者消費，目前總共有" + count);
                } catch (Exception e) {
                    // TODO: handle exception
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BlockingQueueMain hosee = new BlockingQueueMain();
        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();
        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();

        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();
        new Thread(hosee.new Producer()).start();
        new Thread(hosee.new Consumer()).start();
    }
}

輸出結(jié)果

Thread-1消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有0
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-1消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有0
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有0
Thread-1消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-1消費者消費，目前總共有0
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-5消費者消費，目前總共有0
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0
Thread-4生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有2
Thread-0生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-1消費者消費，目前總共有0
Thread-5消費者消費，目前總共有1
Thread-2生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-3消費者消費，目前總共有0
Thread-6生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有1
Thread-7消費者消費，目前總共有0

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