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Java多线程系列-之生产消费者问题

技术杂谈 勤劳的小蚂蚁 3个月前 (01-22) 70次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

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

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.java
 2// 仓库
 3classDepot{
 4     privateint capacity;    // 仓库的容量
 5     privateint size;        // 仓库的实际数量
 6
 7     publicDepot(int capacity){
 8         this.capacity = capacity;
 9         this.size = 0;
10     }
11
12     publicsynchronizedvoidproduce(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=%3dn”,
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     publicsynchronizedvoidconsume(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=%3dn”,
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
63classProducer{
64     private Depot depot;
65    
66     publicProducer(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     publicvoidproduce(finalint val){
72         new Thread() {
73             publicvoidrun(){
74                 depot.produce(val);
75             }
76         }.start();
77     }
78 }
79
80// 消费者
81classCustomer{
82     private Depot depot;
83    
84     publicCustomer(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     publicvoidconsume(finalint val){
90         new Thread() {
91             publicvoidrun(){
92                 depot.consume(val);
93             }
94         }.start();
95     }
96 }
97
98publicclassDemo1{  
99     publicstaticvoidmain(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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