【全栈之路】JAVA基础课程四_生产者消费者问题（20190614v1.1）
2024-05-08 02:12:57
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寄语：
“天眼”之父南仁东，心无旁骛，为崇山峻岭间的中国“天眼”燃尽生命，看似一口“大锅”，天眼是世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜，可以接受百亿光年外的电磁信号。南仁东总工程师执着追求科学梦想的精神，将激励一代又一代科技工作者继续奋斗，勇攀世界科技高峰。作为IT界的从业者，我们需要紧跟时代的步伐，踏过平庸，一生为科技筑梦。
生产者消费者问题
1. 背景
生产者消费者问题（Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。生产者生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程；与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。生产者和消费者之间必须保持同步，要保证生产者不会在缓冲区满时放入数据，消费者也不会在缓冲区空时消耗数据。不够完善的解决方法容易出现死锁的情况，此时进程都在等待唤醒。
2. 条件
- 生产者仅仅在仓储未满时候生产, 仓满则停止生产.
- 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.
- 消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费, 仓空则等待.
- 消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产.
3.实现方式
- wait() / notify()方法
- await() / signal()方法
- BlockingQueue阻塞队列方法
- Semaphore方法
- PipedInputStream / PipedOutputStream
下面主要针对前面三种方式做代码实现
（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{@Overridepublic 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()+"生产者生产，目前共生产了："+count);LOCK.notifyAll();}}}class Consumer implements Runnable{@Overridepublic void run() {synchronized (LOCK){while (count==0){try {LOCK.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}count--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"生产者消费，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();}
}
输出结果
Thread-0生产者生产，目前共生产了：1
Thread-5生产者消费，目前共剩余：0
Thread-2生产者生产，目前共生产了：1
Thread-7生产者消费，目前共剩余：0
Thread-6生产者生产，目前共生产了：1
Thread-1生产者消费，目前共剩余：0
Thread-4生产者生产，目前共生产了：1
Thread-3生产者消费，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 {@Overridepublic 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 blocke.printStackTrace();}}count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "生产者生产，目前总共有" + count);NotEmpty.signal();} finally {lock.unlock();}}}}class Consumer implements Runnable {@Overridepublic 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 exceptione.printStackTrace();}}count--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "消费者消费，目前总共有" + 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();}
}输出结果
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-2生产者生产，目前总共有2
Thread-1消费者消费，目前总共有1
Thread-7消费者消费，目前总共有0
Thread-6生产者生产，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-2生产者生产，目前总共有2
Thread-1消费者消费，目前总共有1
Thread-6生产者生产，目前总共有2
Thread-7消费者消费，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-2生产者生产，目前总共有2
Thread-1消费者消费，目前总共有1
Thread-7消费者消费，目前总共有0
Thread-6生产者生产，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-2生产者生产，目前总共有2
Thread-1消费者消费，目前总共有1
Thread-7消费者消费，目前总共有0
Thread-6生产者生产，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0
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Thread-2生产者生产，目前总共有2
Thread-1消费者消费，目前总共有1
Thread-6生产者生产，目前总共有2
Thread-7消费者消费，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
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Thread-3消费者消费，目前总共有0
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Thread-0生产者生产，目前总共有2
Thread-1消费者消费，目前总共有1
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Thread-7消费者消费，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
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Thread-3消费者消费，目前总共有0
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Thread-6生产者生产，目前总共有2
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Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-2生产者生产，目前总共有2
Thread-1消费者消费，目前总共有1
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Thread-7消费者消费，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0（3）BlockingQueue阻塞队列方法
public class BlockingQueueMain {private static Integer count = 0;final BlockingQueue<Integer> bq = new ArrayBlockingQueue<Integer>(10);class Producer implements Runnable {@Overridepublic 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()+ "生产者生产，目前总共有" + count);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}}class Consumer implements Runnable {@Overridepublic 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()+ "消费者消费，目前总共有" + count);} catch (Exception e) {// TODO: handle exceptione.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();}
}输出结果
Thread-1消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-0生产者生产，目前总共有0
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-2生产者生产，目前总共有1
Thread-6生产者生产，目前总共有1
Thread-7消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-1消费者消费，目前总共有0
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-2生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-6生产者生产，目前总共有0
Thread-7消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有0
Thread-1消费者消费，目前总共有0
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-2生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-6生产者生产，目前总共有1
Thread-7消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有1
Thread-1消费者消费，目前总共有0
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-5消费者消费，目前总共有0
Thread-2生产者生产，目前总共有1
Thread-3消费者消费，目前总共有0
Thread-6生产者生产，目前总共有1
Thread-7消费者消费，目前总共有0
Thread-4生产者生产，目前总共有2
Thread-0生产者生产，目前总共有1
Thread-1消费者消费，目前总共有0
Thread-5消费者消费，目前总共有1
Thread-2生产者生产，目前总共有1
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