多线程之消费者生产者问题
消费者生产者问题：
这个问题是一个多线程同步问题的经典案例，生产者负责生产对象，消费者负责将生成者产生的对象取出，两者不断重复此过程。这过程需要注意几个问题：
不论生产者和消费者有几个，必须保证：
1.生产者每次产出的对象必须不一样，产生的对象有且仅有出现一次；
2.消费者每次取出的对象必须不一样，取出的对象有且仅有出现一次；
3.一定是先产生该对象，然后对象才能被取出，顺序不能乱；
第一种情况：
多个生产者轮流负责生产，多个消费者负责取出。一旦生产者产生一个对象，其他生产者不能生产，只能由消费者执行取出操作；
需要的对象有商品类、消费者、生产者；
//测试类
public class ProducerConsumer {
public static void main(String[] args) {
// 定义资源对象
Resource r = new Resource();
//定义一个生产者和一个消费者
Producer p = new Producer(r);
Consumer c = new Consumer(r);
//启动四个线程，2个负责生产者，两个消费者
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(p);
Thread t3 = new Thread(c);
Thread t4 = new Thread(c);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
//商品类
class Resource{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
//产生商品
public synchronized void set(String name) {
while (flag) {
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name = name + "---" + count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 生产者" + this.name);
flag = true;
//唤醒所有线程
this.notifyAll();
}
//取出商品
public synchronized void out() {
while (!flag) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 消费者________" + this.name);
flag = false;
this.notifyAll();
}
}
//定义生产者
class Producer implements Runnable{
private Resource res;
public Producer(Resource res) {
this.res = res;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
res.set("+商品+");
}
}
}
//定义消费者
class Consumer implements Runnable{
private Resource res;
Consumer(Resource res) {
this.res = res;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
res.out();
}
}
}运行结果是产生一个，随即取出一个，循环往复，其运行结果的部分如下：
Thread-2 消费者________+商品+---67821
Thread-1 生产者+商品+---67822
Thread-3 消费者________+商品+---67822
Thread-0 生产者+商品+---67823
Thread-2 消费者________+商品+---67823
Thread-1 生产者+商品+---67824
Thread-3 消费者________+商品+---67824
Thread-0 生产者+商品+---67825
Thread-2 消费者________+商品+---67825
Thread-1 生产者+商品+---67826
Thread-3 消费者________+商品+---67826
Thread-0 生产者+商品+---67827
Thread-2 消费者________+商品+---67827
Thread-1 生产者+商品+---67828
Thread-3 消费者________+商品+---67828
Thread-0 生产者+商品+---67829
Thread-2 消费者________+商品+---67829
Thread-1 生产者+商品+---67830
Thread-3 消费者________+商品+---67830
Thread-0 生产者+商品+---67831
Thread-2 消费者________+商品+---67831
Thread-1 生产者+商品+---67832第二种情况：
目标：生产者与消费者轮换着抢夺执行权，但是生产者最多可以库存5个，消费者最多可以连续取出5个
此时需要定义一种中间对象：仓库类。该类是生产者和消费者共享的一块区域，里面数据类型选择链表结果存放产生的对象。仓库是有容量上限的,当数量达到上限后,生产者不允许继续生产产品.当前线程进入等待状态,等待其他线程唤醒。当仓库没有产品时，消费者不允许继续消费，当前线程进入等待状态,等待其他线程唤醒。
第一种解决方式，采用同步代码块（synchronized），结合着 wait() 和 notifyAll() 的方法，具体代码如下：
package Thread;
/**
* 2个消费者，3个生产者
*/
import java.util.LinkedList;
public class ProConThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
Respository res = new Respository();
//定义2个消费者，3个生产者
Worker p1 = new Worker(res,"手机");
Worker p2 = new Worker(res,"电脑");
Worker p3 = new Worker(res,"鼠标");
Constomer c1 = new Constomer(res);
Constomer c2 = new Constomer(res);
Thread t1 = new Thread(p1,"甲");
Thread t2 = new Thread(p2,"乙");
Thread t3 = new Thread(p3,"丙");
Thread t4 = new Thread(c1,"aaa");
Thread t5 = new Thread(c2,"bbb");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}
//仓库类
class Respository{
private LinkedList store = new LinkedList();
//生产者的方法，用于向仓库存货
//最多只能有一个线程同时访问该方法.
public synchronized void push(Product p,String ThreadName){
//设置仓库库存最多能存5个商品
/* 仓库容量最大值为5,当容量等于5的时候进入等待状态.等待其他线程唤醒
* 唤醒后继续循环，等到仓库的存量小于5时，跳出循环继续向下执行准备生产产品.
*/
while (store.size()==5){
try {
System.out.println(ThreadName+" 发现：仓库已满，赶紧叫人运走");
//因为仓库容量已满，无法继续生产，进入等待状态，等待其他线程唤醒.
this.wait();
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
this.notifyAll();
store.addLast(p);
System.out.println(ThreadName+" 给仓库添加 "+p.Name+p.Id+"号名称为 "+" 当前库存量为："+store.size());
//为了方便观察运行结果,每次生产完后等待0.1秒
try {
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
//消费者的方法，用于仓库出货
//最多只能有一个线程同时访问该方法.
public synchronized void pop(String ThreadName){
/* 当仓库没有存货时,消费者需要进行等待.等待其他线程来唤醒
* 唤醒后继续循环，等到仓库的存量大于0时，跳出循环继续向下执行准备消费产品.
*/
while (store.size()==0){
try {
System.out.println(ThreadName+" 发现：仓库空了，赶紧安排生产");
//因为仓库容量已空，无法继续消费，进入等待状态，等待其他线程唤醒.
this.wait();
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
this.notifyAll();
//定义对象。存放pollFirst()方法删除的对象，
Product p = store.pollFirst();
System.out.println(ThreadName+"买走 "+p.Name+p.Id+" 当前库存量为："+store.size());
//为了方便观察运行结果,每次取出后等待0.1秒
try {
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
//产品类
class Product{
//产品的唯一标识Id
public int Id;
//产品的名称
public String Name;
public Product(String name, int id) {
Name = name;
Id = id;
}
}
//生产者
class Worker implements Runnable{
//关键字volatile 是为了保持 Id 的可见性，一旦Id被修改，其他任何线程用到Id的地方，都会相应修改
//否则下方run方法容易出问题，生产商品的Id和名称 与到时候消费者取出商品的Id和名称不一致
public volatile Integer Id = 0;
public volatile String name;
//引用一个产品
private Product p;
//引用一个仓库
Respository res;
boolean flag = true;
public Worker(Respository res,String name) {
this.res = res;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
while (flag){
p = new Product(name,Id);
res.push(new Product(this.p.Name,Id++),Thread.currentThread().getName());
}
}
}
class Constomer implements Runnable{
boolean flag = true;
//引用一个仓库
Respository res;
public Constomer(Respository res) {
this.res = res;
}
@Override
public void run() {
while (flag) {
res.pop(Thread.currentThread().getName());
}
}
} 运行结果如下，可见仓库最多库存为5个，接近于实际生产
aaa 发现：仓库空了，赶紧安排生产
乙 给仓库添加 电脑0号名称为 当前库存量为：1
丙 给仓库添加 鼠标0号名称为 当前库存量为：2
甲 给仓库添加 手机0号名称为 当前库存量为：3
bbb买走 电脑0 当前库存量为：2
bbb买走 鼠标0 当前库存量为：1
甲 给仓库添加 手机1号名称为 当前库存量为：2
丙 给仓库添加 鼠标1号名称为 当前库存量为：3
乙 给仓库添加 电脑1号名称为 当前库存量为：4
aaa买走 手机0 当前库存量为：3
aaa买走 手机1 当前库存量为：2
aaa买走 鼠标1 当前库存量为：1
aaa买走 电脑1 当前库存量为：0
aaa 发现：仓库空了，赶紧安排生产
乙 给仓库添加 电脑2号名称为 当前库存量为：1
丙 给仓库添加 鼠标2号名称为 当前库存量为：2
甲 给仓库添加 手机2号名称为 当前库存量为：3
bbb买走 电脑2 当前库存量为：2
bbb买走 鼠标2 当前库存量为：1
甲 给仓库添加 手机3号名称为 当前库存量为：2
丙 给仓库添加 鼠标3号名称为 当前库存量为：3
乙 给仓库添加 电脑3号名称为 当前库存量为：4
aaa买走 手机2 当前库存量为：3
乙 给仓库添加 电脑4号名称为 当前库存量为：4
乙 给仓库添加 电脑5号名称为 当前库存量为：5
第二种方法，利用 lock类 替代 synchronized的使用，这样可以优化代码，主要是在唤醒的时候可以根据条件去唤醒指定的某些线程。例如：当库存为空的时候，第一种方法是唤醒所有等待的线程，也包括取出的线程；而此时lock类 可以设置在库存为空的时候，只唤醒生产线程，取出的线程依旧处于等待状态，具体代码如下：
package Thread;
import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ProConThreadPool {
public static void main(String[] args) {
Respository res = new Respository();
Worker p1 = new Worker(res,"手机");
Worker p2 = new Worker(res,"电脑");
Worker p3 = new Worker(res,"鼠标");
Constomer c1 = new Constomer(res);
Constomer c2 = new Constomer(res);
Thread t1 = new Thread(p1,"甲");
Thread t2 = new Thread(p2,"乙");
Thread t3 = new Thread(p3,"丙");
Thread t4 = new Thread(c1,"aaa");
Thread t5 = new Thread(c2,"bbb");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}
//仓库类
class Respository{
private Lock lock = new ReentrantLock();
private LinkedList store = new LinkedList();
private Condition condition_pro = lock.newCondition();
private Condition condition_con = lock.newCondition();
public LinkedList getStore() {
return store;
}
public void setStore(LinkedList store) {
this.store = store;
}
//向仓库存货
public void push(Product p,String ThreadName) throws InterruptedException{
lock.lock();
try {
//设置仓库库存最多能存5个商品
while (store.size()==5){
System.out.println(ThreadName+" 发现：仓库已满，赶紧叫人运走");
condition_pro.await();
}
condition_con.signalAll();
store.addLast(p);
System.out.println(ThreadName+" 给仓库添加 "+p.Name+p.Id+"号名称为 "+" 当前库存量为："+store.size());
}finally {
lock.unlock();
}
try {
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
//仓库出货
public void pop(String ThreadName) throws InterruptedException
{
lock.lock();
try{
while (store.size()==0){
System.out.println(ThreadName+" 发现：仓库空了，赶紧安排生产");
condition_con.await();
}
condition_pro.signalAll();
Product p = store.pollFirst();
System.out.println(ThreadName+"买走 "+p.Name+p.Id+" 当前库存量为："+store.size());
}
finally {
lock.unlock();
}
try {
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
class Product{
public int Id;
public String Name;
public Product(String name, int id) {
Name = name;
Id = id;
}
}
class Worker implements Runnable{
public volatile Integer Id = 0;
public volatile String name;
//引用一个产品
private Product p;
//引用一个仓库
Respository res;
boolean flag = true;
public Worker(Respository res,String name) {
this.res = res;
this.name = name;
}
@Override
public void run(){
while (flag){
p = new Product(name,Id);
try {
res.push(new Product(this.p.Name,Id++),Thread.currentThread().getName());
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Constomer implements Runnable{
boolean flag = true;
//引用一个仓库
Respository res;
public Constomer(Respository res) {
this.res = res;
}
@Override
public void run() {
while (flag) {
try {
res.pop(Thread.currentThread().getName());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
运行结果与上面类似：
aaa 发现：仓库空了，赶紧安排生产
bbb 发现：仓库空了，赶紧安排生产
丙 给仓库添加 鼠标0号名称为 当前库存量为：1
乙 给仓库添加 电脑0号名称为 当前库存量为：2
甲 给仓库添加 手机0号名称为 当前库存量为：3
aaa买走 鼠标0 当前库存量为：2
bbb买走 电脑0 当前库存量为：1
bbb买走 手机0 当前库存量为：0
乙 给仓库添加 电脑1号名称为 当前库存量为：1
甲 给仓库添加 手机1号名称为 当前库存量为：2
aaa买走 电脑1 当前库存量为：1
丙 给仓库添加 鼠标1号名称为 当前库存量为：2
aaa买走 手机1 当前库存量为：1
甲 给仓库添加 手机2号名称为 当前库存量为：2
乙 给仓库添加 电脑2号名称为 当前库存量为：3
bbb买走 鼠标1 当前库存量为：2
丙 给仓库添加 鼠标2号名称为 当前库存量为：3
aaa买走 手机2 当前库存量为：2
甲 给仓库添加 手机3号名称为 当前库存量为：3
bbb买走 电脑2 当前库存量为：2
乙 给仓库添加 电脑3号名称为 当前库存量为：3
丙 给仓库添加 鼠标3号名称为 当前库存量为：4