java中生产者和消费者问题实例分析

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应用场景

假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费

如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止

如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

分析

这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件。

对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费

对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费

在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的

synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步

synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

注意：均是Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常

解决方法

管程法

生产者：负责生产数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）

消费者：负责处理数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）

缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

代码案例

//使用缓冲区解决生产者消费者模型
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();
        new Producer(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

class Producer extends Thread{
    SynContainer synContainer;
    public Producer(SynContainer synContainer){
        this.synContainer = synContainer;
    }
    //  生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            synContainer.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了"+i+"只鸡");
        }
    }
}

class Consumer extends Thread{
    SynContainer synContainer;
    public Consumer(SynContainer synContainer){
        this.synContainer = synContainer;
    }
    //  消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->"+synContainer.pop().id+"只鸡");
        }
    }
}

//产品
class Chicken{
    int id;
    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    int count = 0;
    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了就要等到消费者消费
        if (count==chickens.length){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //通知消费者消费，自身进入等待
        }
        //没有满的话则生产
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        //通知消费者消费
        this.notifyAll();
    }

    //生产者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        if (count==0){
            //等待生产者生产
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //消费了，可以通知生产者继续生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

信号灯法

通过标志位 true 或者 false 来进行判断

代码案例

//信号灯法测试生产者消费者模型 即标志位
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Audiance(tv).start();
    }

}

//生产者-->演员
class Player extends Thread {
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("天天向上");
            }else {
                this.tv.play("抖音广告");
            }
        }
    }
}

//消费者-->观众
class  Audiance extends Thread{
    TV tv;
    public Audiance(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品-->节目
class TV{
    //演员表演 观众等待 T
    //观众观看 演员等待 F
    String show;//表演的节目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String show){
        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了："+show);
        //通知观众
        this.notifyAll();
        this.show = show;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观看了"+show);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

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