多线程生产者与消费者简单模拟

生产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是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。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

要解决该问题，就必须让生产者在缓冲区满时休眠（要么干脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，生产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。通常采用进程间通信的方法解决该问题，常用的方法有信号灯法等。如果解决方法不够完善，则容易出现死锁的情况。出现死锁时，两个线程都会陷入休眠，等待对方唤醒自己。该问题也能被推广到多个生产者和消费者的情形。

情形一：简单模型，生产者产生一个，消费者拿一个。

class Q{
    private int n;
    private boolean valueSet=false;
    public Q(int n){
        this.n=n;
    }
    public Q(){}
    public synchronized void add() throws InterruptedException {
        if(valueSet){
            wait();
        }
        valueSet=true;
        n++;
        System.out.println("have:"+n +" "+"增加一个");
        notify();
    }
    public synchronized int move() throws InterruptedException {
        if(!valueSet){
            wait();
        }
        n--;
        System.out.println("have:"+n+" "+"减少一个");
        valueSet=false;
        notify();
        return this.n;
    }
}
public class Customer implements Runnable{
    Q q;
    public Customer(Q q){
        this.q=q;
        new Thread(this,"Customer").start();
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try {
                q.move();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class Product implements Runnable{
    Q q;
    public Product(Q q){
        this.q=q;
        new Thread(this,"Product").start();
    }
    @Override
    public void run() {
        int i=0;
        while (true){
            try {
                q.add();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Q q=new Q(1);
        Product p=new Product(q);
        Customer c=new Customer(q);
}

输出：
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个
have:2 增加一个
have:1 减少一个

情形二：多个消费者多个生产者

import java.util.List;

public class  CustomerPlus implements Runnable{
    private Listlist;
    public CustomerPlus(){};
    public CustomerPlus(Listlist){
        this.list=list;
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (list) {
                int n=list.size();
                if (n > 0) {
                    list.remove(n-1);
                    System.out.println("消费一个 "+"当前数量为："+list.size());
                }
                list.notifyAll();
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    list.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }
    }
}
class ProductPlus implements Runnable{
    private Listlist;
    public ProductPlus(){}
    public ProductPlus(Listlist){
        this.list=list;
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (list) {
                if (list.size() < 20) {
                    list.add(1);
                    System.out.println("生产一个 "+"当前数量为："+list.size());
                }
                list.notifyAll();
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    list.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     Listlist=new ArrayList<>(20);
        list.add(1);
        list.add(1);
        ProductPlus p1=new ProductPlus(list);
        ProductPlus p2=new ProductPlus(list);
        ProductPlus p3=new ProductPlus(list);
        CustomerPlus c1=new CustomerPlus(list);
        CustomerPlus c2=new CustomerPlus(list);
        Thread t1=new Thread(p1);
        t1.start();
        Thread.sleep(100);
        Thread t2=new Thread(p2);
        t2.start();
        Thread.sleep(100);
        Thread t3=new Thread(p3);
        t3.start();
        Thread.sleep(100);
        Thread t4=new Thread(c1);
        t4.start();
        Thread.sleep(100);
        Thread t5=new Thread(c2);
        t5.start();
        Thread.sleep(100);
}

运行结果：
生产一个 当前数量为：3
生产一个 当前数量为：4
生产一个 当前数量为：5
生产一个 当前数量为：6
生产一个 当前数量为：7
消费一个 当前数量为：6
生产一个 当前数量为：7
生产一个 当前数量为：8
消费一个 当前数量为：7
生产一个 当前数量为：8
生产一个 当前数量为：9
生产一个 当前数量为：10
消费一个 当前数量为：9
生产一个 当前数量为：10
生产一个 当前数量为：11
消费一个 当前数量为：10
生产一个 当前数量为：11
消费一个 当前数量为：10
生产一个 当前数量为：11
生产一个 当前数量为：12
消费一个 当前数量为：11
生产一个 当前数量为：12
生产一个 当前数量为：13
生产一个 当前数量为：14
消费一个 当前数量为：13
生产一个 当前数量为：14
生产一个 当前数量为：15
消费一个 当前数量为：14
生产一个 当前数量为：15
消费一个 当前数量为：14
生产一个 当前数量为：15
生产一个 当前数量为：16
消费一个 当前数量为：15
生产一个 当前数量为：16
生产一个 当前数量为：17
生产一个 当前数量为：18
消费一个 当前数量为：17
生产一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20
消费一个 当前数量为：19
消费一个 当前数量为：18
生产一个 当前数量为：19
生产一个 当前数量为：20