Java线程十四：并发协作-生产者消费者模型

Java线程：并发协作-生产者消费者模型

 

对于多线程程序来说，不管任何编程语言，生产者和消费者模型都是最经典的。就像学习每一门编程语言一样，Hello World！都是最经典的例子。

 

实际上，准确说应该是“生产者-消费者-仓储”模型，离开了仓储，生产者消费者模型就显得没有说服力了。

对于此模型，应该明确一下几点：

1、生产者仅仅在仓储未满时候生产，仓满则停止生产。

2、消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费，仓空则等待。

3、当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。

4、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。

 

此模型将要结合java.lang.Object的wait与notify、notifyAll方法来实现以上的需求。这是非常重要的。

 

 
public class Test { 
        public static void main(String[] args) { 
                Godown godown = new Godown(30); 
                Consumer c1 = new Consumer(50, godown); 
                Consumer c2 = new Consumer(20, godown); 
                Consumer c3 = new Consumer(30, godown); 
                Producer p1 = new Producer(10, godown); 
                Producer p2 = new Producer(10, godown); 
                Producer p3 = new Producer(10, godown); 
                Producer p4 = new Producer(10, godown); 
                Producer p5 = new Producer(10, godown); 
                Producer p6 = new Producer(10, godown); 
                Producer p7 = new Producer(80, godown); 

                c1.start(); 
                c2.start(); 
                c3.start(); 
                p1.start(); 
                p2.start(); 
                p3.start(); 
                p4.start(); 
                p5.start(); 
                p6.start(); 
                p7.start(); 
        } 
} 

 
class Godown { 
        public static final int max_size = 100; //最大库存量 
        public int curnum;     //当前库存量 

        Godown() { 
        } 

        Godown(int curnum) { 
                this.curnum = curnum; 
        } 

         
        public synchronized void produce(int neednum) { 
                //测试是否需要生产 
                while (neednum + curnum > max_size) { 
                        System.out.println("要生产的产品数量" + neednum + "超过剩余库存量" + (max_size - curnum) + "，暂时不能执行生产任务!"); 
                        try { 
                                //当前的生产线程等待 
                                wait(); 
                        } catch (InterruptedException e) { 
                                e.printStackTrace(); 
                        } 
                } 
                //满足生产条件，则进行生产，这里简单的更改当前库存量 
                curnum += neednum; 
                System.out.println("已经生产了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum); 
                //唤醒在此对象监视器上等待的所有线程 
                notifyAll(); 
        } 

         
        public synchronized void consume(int neednum) { 
                //测试是否可消费 
                while (curnum < neednum) { 
                        try { 
                                //当前的生产线程等待 
                                wait(); 
                        } catch (InterruptedException e) { 
                                e.printStackTrace(); 
                        } 
                } 
                //满足消费条件，则进行消费，这里简单的更改当前库存量 
                curnum -= neednum; 
                System.out.println("已经消费了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum); 
                //唤醒在此对象监视器上等待的所有线程 
                notifyAll(); 
        } 
} 

 
class Producer extends Thread { 
        private int neednum;                //生产产品的数量 
        private Godown godown;            //仓库 

        Producer(int neednum, Godown godown) { 
                this.neednum = neednum; 
                this.godown = godown; 
        } 

        public void run() { 
                //生产指定数量的产品 
                godown.produce(neednum); 
        } 
} 

 
class Consumer extends Thread { 
        private int neednum;                //生产产品的数量 
        private Godown godown;            //仓库 

        Consumer(int neednum, Godown godown) { 
                this.neednum = neednum; 
                this.godown = godown; 
        } 

        public void run() { 
                //消费指定数量的产品 
                godown.consume(neednum); 
        } 
}

 

已经生产了10个产品，现仓储量为40 
已经生产了10个产品，现仓储量为50 
已经消费了50个产品，现仓储量为0 
已经生产了80个产品，现仓储量为80 
已经消费了30个产品，现仓储量为50 
已经生产了10个产品，现仓储量为60 
已经消费了20个产品，现仓储量为40 
已经生产了10个产品，现仓储量为50 
已经生产了10个产品，现仓储量为60 
已经生产了10个产品，现仓储量为70 

Process finished with exit code 0 

 

说明：

对于本例，要说明的是当发现不能满足生产或者消费条件的时候，调用对象的wait方法，wait方法的作用是释放当前线程的所获得的锁，并调用对象的notifyAll() 方法，通知（唤醒）该对象上其他等待线程，使得其继续执行。这样，整个生产者、消费者线程得以正确的协作执行。

notifyAll() 方法，起到的是一个通知作用，不释放锁，也不获取锁。只是告诉该对象上等待的线程“可以竞争执行了，都醒来去执行吧”。

 

本例仅仅是生产者消费者模型中最简单的一种表示，本例中，如果消费者消费的仓储量达不到满足，而又没有生产者，则程序会一直处于等待状态，这当然是不对的。实际上可以将此例进行修改，修改为，根据消费驱动生产，同时生产兼顾仓库，如果仓不满就生产，并对每次最大消费量做个限制，这样就不存在此问题了，当然这样的例子更复杂，更难以说明这样一个简单模型。