java中生產者和消費者問題實例分析

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應用場景

假設倉庫中只能存放一件產品，生產者將生產出來的產品放入倉庫，消費者將倉庫中產品取走消費

如果倉庫中沒有產品，則生產者將產品放入倉庫，否則停止生產并等待，直到倉庫中的產品被消費者取走為止

如果倉庫中放有產品，則消費者可以將產品取走消費，否則停止消費并等待，直到倉庫中再次放入產品為止

分析

這是一個線程同步問題，生產者和消費者共享同一個資源，并且生產者和消費者之間相互依賴，互為條件。

對于生產者，沒有生產產品之前，要通知消費者等待，而生產了產品之后，又需要馬上通知消費者消費

對于消費者，在消費之后，要通知生產者已經結束消費，需要生產新的產品以供消費

在生產者消費者問題中，僅有synchronized是不夠的

synchronized可阻止并發更新同一個共享資源，實現了同步

synchronized不能用來實現不同線程之間的消息傳遞（通信）

Java提供了幾個方法解決線程之間的通信問題

注意：均是Object類的方法，都只能在同步方法或者同步代碼塊中使用，否則會拋出異常

解決方法

管程法

生產者：負責生產數據的模塊（可能是方法、對象、線程、進程）

消費者：負責處理數據的模塊（可能是方法、對象、線程、進程）

緩沖區：消費者不能直接使用生產者的數據，他們之間有個“緩沖區”

生產者將生產好的數據放入緩沖區，消費者從緩沖區拿出數據

代碼案例

//使用緩沖區解決生產者消費者模型
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;
    }
    //  生產
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            synContainer.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生產了"+i+"只雞");
        }
    }
}

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

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

//緩沖區
class SynContainer{
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    int count = 0;
    //生產者放入產品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器滿了就要等到消費者消費
        if (count==chickens.length){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //通知消費者消費，自身進入等待
        }
        //沒有滿的話則生產
        chickens[count] = chicken;
        count++;
        //通知消費者消費
        this.notifyAll();
    }

    //生產者消費產品
    public synchronized Chicken pop(){
        if (count==0){
            //等待生產者生產
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];
        //消費了，可以通知生產者繼續生產
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

信號燈法

通過標志位 true 或者 false 來進行判斷

代碼案例

//信號燈法測試生產者消費者模型 即標志位
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Audiance(tv).start();
    }

}

//生產者-->演員
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("抖音廣告");
            }
        }
    }
}

//消費者-->觀眾
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();
        }
    }
}

//產品-->節目
class TV{
    //演員表演 觀眾等待 T
    //觀眾觀看 演員等待 F
    String show;//表演的節目
    boolean flag = true;

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

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

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