Java面试——写一个生产者与消费者

一、通过synchronize 中的 wait 和 notify 方法实现生产者与消费者

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【1】我们可以将生产者和消费者需要的方法写在公共类中

package com.yintong.concurrent;

import java.util.LinkedList;

public class Concurrentcomm {
	//常量
	private static int MAX_VALUE = 10;
	//可以理解为缓存
	LinkedList linkedList = new LinkedList<>();
	Object object = new Object();
	/*
	 * 生产者方法
	 */
	public void product() throws Exception {
		synchronized(linkedList) {
			while(MAX_VALUE == linkedList.size()) {
				System.out.println("仓库已满，【生产者】： 暂时不能执行生产任务!");
				linkedList.wait();
			}
			linkedList.push("   李四    ");
			System.out.println("【生产者】：生产了一个产品\t【现仓储量为】:" + linkedList.size());
			linkedList.notifyAll();
		}
	}
	/*
	 * 消费者方法
	 */
	public void customer() throws Exception {
		/*
		 * 根据jdk的void notifyAll()的描述，“解除那些在该对象上调用wait()方法的线程的阻塞状态。该方法只能在同步方法或同步块内部调用。
		 * 如果当前线程不是对象所得持有者，
		 * 该方法抛出一个java.lang.IllegalMonitorStateException 异常”
		 * so我们使用同一把锁
		 */
		synchronized (linkedList) {
                        //多线程判断中使用 while 不要使用 if 否则会出现虚假唤醒问题
			while(linkedList.size() == 0) {
				System.out.println("仓库无货，【消费者】： 暂时不能执行消费任务!");
				linkedList.wait();
			}
			linkedList.pop();
			System.out.println("【消费者】：消费了一个产品\t【现仓储量为】:" + linkedList.size());
			linkedList.notifyAll();
		}
	}
}

【2】在 main 函数中调用生产者和消费者方法，并加限制即可

/**
 * @author zzx
 * @desc 生产者与消费者
 *
 */
public class Concurrent {
    //常量
    private static int MAX_VALUE = 100;

    public static void main(String[] args) {
        Concurrentcomm con = new Concurrentcomm();
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    for (int i = 0; i < MAX_VALUE; i++) {
                        Thread.sleep(0);
                        con.product();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
        // 消费者
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                    for (int i = 0; i < MAX_VALUE; i++) {
                        con.customer();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

【3】简单的生产者与消费者模式就完成了，可以看下运行的结果

      

二、通过 Lock 加锁，await 与 signalAll 方法实现生产者与消费者

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【1】我们将公共的属性和方法放在 Resouce 类中，在资源类中使用 Lock 中的 lock()进行加锁，控制并发操作。使用 await() 方法阻塞线程。使用 signalAll() 唤醒线程。

/**
 * 通过 Lock 实现生产者与消费者
 * 资源类：将公共的资源放在一个单独的类中，可以将其看做一个产品，自身就就有生产和消费的能力（方法）
 */
public class ProductAndConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        Resouce resouce = new Resouce();
        //生产者
        new Thread(()->{
            for (int i=1;i<=5;i++) {
                resouce.product();
            }
        },String.valueOf("生产者")) .start();

        //消费者
        new Thread(()->{
            for (int i=1;i<=5;i++){
                resouce.consumer();
            }
        },String.valueOf("消费者")).start();
    }
}
//资源类
class Resouce {
    private int MAX_VALUE = 3;
    private int MIN_VALUE = 0;
    private int number = 0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    //生产者
    public void product(){
        try {
            lock.lock();
            //如果生产的数量大于最大值则阻塞
            while(number >= MAX_VALUE){
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println("【生产者】：生产了一个产品\t【现仓储量为】:" + number);
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    //消费者
    public void  consumer(){
        try {
            lock.lock();
            //如果消费的值=0则阻塞
            while(number <= MIN_VALUE){
                condition.await();
            }
            number--;
            System.out.println("【消费者】：消费了一个产品\t【现仓储量为】:" + number);
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

【2】输出结果展示：
 

三、synchronized 和 Lock 的区别

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【1】原始构成：synchronized 是关键字属于 JVM 层面。底层通过 monitorenter（进入）monitorexit（退出）实现。底层是通过 monitor 对象完成，其实 wait/notify 等方法也依赖于 monitor 对象，只有在同步块或方法中才能调用 wait/notify 等方法。Lock 是具体类（java.util.concurrent.locks.Lock）是 API 层面的锁。
【2】使用方法：synchronized 不需要用户手动释放锁，当synchronized 代码执行完后，系统会自动释放锁。ReentrantLock 则需要用户手动释放锁，若未主动释放锁，就可能导致出现死锁的现象。
【3】等待是否中断：synchronized 不可中断，除非抛出异常或者正常运行完成。ReentrantLock 可中断，1）、设置超时时间 tryLock(long timeout,TimeUnit unit) 2）、lockInterruptibly() 放在代码块中，调用 interrupt() 方法可中断。
【4】加锁是否公平：synchronized 非公平锁。ReentrantLock 两者都可以，默认是非公平锁，构造方法可以传入 boolean 值，true 为公平锁，false 为非公平锁。
【5】锁绑定多个条件 Condition：synchronized 没有。ReentrantLock 用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，可以精确唤醒，而不是像 synchronized 要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。

四、通过阻塞队列实现生产者与消费者

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【1】通过blockQueue 中的 put/take 方法实现生产者与消费者，具体实现如下：当生产者使用put 生产到指定的队列大小3时，就会阻塞当前线程。这是消费者线程会通过 take 方法消费队列中的消息。当队列中没有消息时，会阻塞，直到有消息消费。

public class BlockProductConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        MyResouce resouce = new MyResouce(new ArrayBlockingQueue(3));
        //生产者线程
        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                resouce.product();
            }
        },"生产者").start();

        //消费者线程
        new Thread(()->{
            for(int i=1;i<=10;i++){
                try {
                    resouce.consumer();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"消费者").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            resouce.stop();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


/**
 * 公共资源类
 */
class MyResouce{
    //标记 while 无限循环
    private volatile boolean FLAG = true;
    //队列中存入的数值
    private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    //组合一个阻塞队列，通过构造器传入
    private BlockingQueue blockingQueue;
    public MyResouce(BlockingQueue blockingQueue) {
        this.blockingQueue = blockingQueue;
    }

    //生产者
    public void product(){
        try {
            while (FLAG){
                blockingQueue.put(String.valueOf(atomicInteger.incrementAndGet()));
                System.out.println("生产者生产第"+blockingQueue.size()+"个产品");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //消费者
    public void consumer() throws InterruptedException {
        while (FLAG){
            blockingQueue.take();
            System.out.println("消费者消费第"+(blockingQueue.size()+1)+"个产品");
        }
    }

    public void stop(){
        FLAG = false;
        System.out.println("========================");
    }
}

【2】效果展示：
 

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