java多线程系类:基础篇:10生产者消费者的问题
概要
本章,会对“生产/消费者问题”进行讨论。涉及到的内容包括:
1. 生产/消费者模型
2. 生产/消费者实现
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1. 生产/消费者模型
生产/消费者问题是个非常典型的多线程问题,涉及到的对象包括“生产者”、“消费者”、“仓库”和“产品”。他们之间的关系如下:
(01) 生产者仅仅在仓储未满时候生产,仓满则停止生产。
(02) 消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费,仓空则等待。
(03) 当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。
(04) 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。
2. 生产/消费者实现
下面通过wait()/notify()方式实现该模型(后面在学习了线程池相关内容之后,再通过其它方式实现生产/消费者模型)。源码如下:
1 // Demo1.java2 // 仓库3 class Depot {4 private int capacity; // 仓库的容量5 private int size; // 仓库的实际数量6 7 public Depot(int capacity) {8 this.capacity = capacity;9 this.size = 0;10 }11 12 public synchronized void produce(int val) {13 try {14 // left 表示“想要生产的数量”(有可能生产量太多,需多此生产)15 int left = val;16 while (left > 0) {17 // 库存已满时,等待“消费者”消费产品。18 while (size >= capacity)19 wait();20 // 获取“实际生产的数量”(即库存中新增的数量)21 // 如果“库存”+“想要生产的数量”>“总的容量”,则“实际增量”=“总的容量”-“当前容量”。(此时填满仓库)22 // 否则“实际增量”=“想要生产的数量”23 int inc = (size+left)>capacity ? (capacity-size) : left;24 size += inc;25 left -= inc;26 System.out.printf("%s produce(%3d) --> left=%3d, inc=%3d, size=%3d\n", 27 Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size);28 // 通知“消费者”可以消费了。29 notifyAll();30 }31 } catch (InterruptedException e) {32 }33 } 34 35 public synchronized void consume(int val) {36 try {37 // left 表示“客户要消费数量”(有可能消费量太大,库存不够,需多此消费)38 int left = val;39 while (left > 0) {40 // 库存为0时,等待“生产者”生产产品。41 while (size <= 0)42 wait();43 // 获取“实际消费的数量”(即库存中实际减少的数量)44 // 如果“库存”<“客户要消费的数量”,则“实际消费量”=“库存”;45 // 否则,“实际消费量”=“客户要消费的数量”。46 int dec = (size<left) ? size : left;47 size -= dec;48 left -= dec;49 System.out.printf("%s consume(%3d) <-- left=%3d, dec=%3d, size=%3d\n", 50 Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size);51 notifyAll();52 }53 } catch (InterruptedException e) {54 }55 }56 57 public String toString() {58 return "capacity:"+capacity+", actual size:"+size;59 }60 } 61 62 // 生产者63 class Producer {64 private Depot depot;65 66 public Producer(Depot depot) {67 this.depot = depot;68 }69 70 // 消费产品:新建一个线程向仓库中生产产品。71 public void produce(final int val) {72 new Thread() {73 public void run() {74 depot.produce(val);75 }76 }.start();77 }78 }79 80 // 消费者81 class Customer {82 private Depot depot;83 84 public Customer(Depot depot) {85 this.depot = depot;86 }87 88 // 消费产品:新建一个线程从仓库中消费产品。89 public void consume(final int val) {90 new Thread() {91 public void run() {92 depot.consume(val);93 }94 }.start();95 }96 }97 98 public class Demo1 { 99 public static void main(String[] args) { 100 Depot mDepot = new Depot(100); 101 Producer mPro = new Producer(mDepot); 102 Customer mCus = new Customer(mDepot); 103 104 mPro.produce(60); 105 mPro.produce(120); 106 mCus.consume(90); 107 mCus.consume(150); 108 mPro.produce(110); 109 } 110 }
说明:
(01) Producer是“生产者”类,它与“仓库(depot)”关联。当调用“生产者”的produce()方法时,它会新建一个线程并向“仓库”中生产产品。
(02) Customer是“消费者”类,它与“仓库(depot)”关联。当调用“消费者”的consume()方法时,它会新建一个线程并消费“仓库”中的产品。
(03) Depot是“仓库”类,仓库中记录“仓库的容量(capacity)”以及“仓库中当前产品数目(size)”。
“仓库”类的生产方法produce()和消费方法consume()方法都是synchronized方法,进入synchronized方法体,意味着这个线程获取到了该“仓库”对象的同步锁。这也就是说,同一时间,生产者和消费者线程只能有一个能运行。通过同步锁,实现了对“残酷”的互斥访问。
对于生产方法produce()而言:当仓库满时,生产者线程等待,需要等待消费者消费产品之后,生产线程才能生产;生产者线程生产完产品之后,会通过notifyAll()唤醒同步锁上的所有线程,包括“消费者线程”,即我们所说的“通知消费者进行消费”。
对于消费方法consume()而言:当仓库为空时,消费者线程等待,需要等待生产者生产产品之后,消费者线程才能消费;消费者线程消费完产品之后,会通过notifyAll()唤醒同步锁上的所有线程,包括“生产者线程”,即我们所说的“通知生产者进行生产”。
(某一次)运行结果:
Thread-0 produce( 60) --> left= 0, inc= 60, size= 60 Thread-4 produce(110) --> left= 70, inc= 40, size=100 Thread-2 consume( 90) <-- left= 0, dec= 90, size= 10 Thread-3 consume(150) <-- left=140, dec= 10, size= 0 Thread-1 produce(120) --> left= 20, inc=100, size=100 Thread-3 consume(150) <-- left= 40, dec=100, size= 0 Thread-4 produce(110) --> left= 0, inc= 70, size= 70 Thread-3 consume(150) <-- left= 0, dec= 40, size= 30 Thread-1 produce(120) --> left= 0, inc= 20, size= 50
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