Lesson_for_java_day20--java的多线程——生产者消费者模式(优化网上生产馒头的案例)

目的:生产者生产多少产品,消费者就消费多少产品,且生产和消费同时进行。


生产者消费者模式(网上生产馒头的案例):

package sonyi;

/* 
* 生产者与消费者模型中,要保证以下几点:  
* 1 同一时间内只能有一个生产者生产     生产方法加锁sychronized  
* 2 同一时间内只能有一个消费者消费     消费方法加锁sychronized  
* 3 生产者生产的同时消费者不能消费     生产方法加锁sychronized  
* 4 消费者消费的同时生产者不能生产     消费方法加锁sychronized  
* 5 共享空间空时消费者不能继续消费     消费前循环判断是否为空,空的话将该线程wait,释放锁允许其他同步方法执行  
* 6 共享空间满时生产者不能继续生产     生产前循环判断是否为满,满的话将该线程wait,释放锁允许其他同步方法执行     
* 
* 生产者消费者模式:
	对于多个生产者和消费者,为什么要用while判断标记:
		原因:让被唤醒的线程再一次判断标记。
	为什么定义notifyAll?
		因为需要唤醒对方线程。如果只用notify,容易出现只唤醒本方线程,导致
			程序中的所有线程都在等待。
*/ 
 
//主类  
class  ProducerConsumer  
{  
    public static void main(String[] args)   
    {  
        StackBasket s = new StackBasket();  
        Producer p = new Producer(s);  
        Consumer c = new Consumer(s);  
        Thread tp = new Thread(p);  
        Thread tc = new Thread(c);  
        tp.start();  
        tc.start();  
    }  
}  
 
//产品类  
class Mantou  
{  
    private int id;  
      
    Mantou(int id){  
        this.id = id;  
    }  
 
    public String toString(){  
        return "Mantou :" + id;  
    }  
}  
 
//产品仓库 
class StackBasket  
{  
    Mantou sm[] = new Mantou[6];  
    int index = 0;  
      
    /**   
    * show 生产方法.  
    * show 该方法为同步方法,持有方法锁;  
    * show 首先循环判断满否,满的话使该线程等待,释放同步方法锁,允许消费;  
    * show 当不满时首先唤醒正在等待的消费方法,但是也只能让其进入就绪状态,  
    * show 等生产结束释放同步方法锁后消费才能持有该锁进行消费  
    * @param m 元素  
    * @return 没有返回值   
    */   
 
    public synchronized void push(Mantou m){  
        try{  
            while(index == sm.length){  
                System.out.println("!!!!!!!!!生产满了!!!!!!!!!");  
                this.wait();  
            }  
            this.notify();  
        }catch(InterruptedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }catch(IllegalMonitorStateException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
          
        sm[index] = m;  
        index++;  
        System.out.println("生产了:" + m + " 仓库有" + index + "个馒头");  
    }  
 
    /**   
    * show 消费方法  
    * show 该方法为同步方法,持有方法锁  
    * show 首先循环判断空否,空的话使该线程等待,释放同步方法锁,允许生产;  
    * show 当不空时首先唤醒正在等待的生产方法,但是也只能让其进入就绪状态  
    * show 等消费结束释放同步方法锁后生产才能持有该锁进行生产  
    * @param b true 表示显示,false 表示隐藏   
    * @return 没有返回值   
    */   
    public synchronized Mantou pop(){  
        try{  
            while(index == 0){  
                System.out.println("!!!!!!!!!消费光了!!!!!!!!!");  
                this.wait();  
            }  
            this.notify();  
        }catch(InterruptedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }catch(IllegalMonitorStateException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
        index--;  
        System.out.println("消费了:---------" + sm[index] + " 仓库还有" + index + "个馒头");  
        return sm[index];  
    }  
}  
 
//生产类
class Producer implements Runnable  
{  
    StackBasket ss = new StackBasket();  
    Producer(StackBasket ss){  
        this.ss = ss;  
    }    
    public void run(){  
        for(int i = 1;i <= 20;i++){  
            Mantou m = new Mantou(i);  
            ss.push(m);  
//          System.out.println("生产了:" + m + " 共" + ss.index + "个馒头");  
//          在上面一行进行测试是不妥的,对index的访问应该在原子操作里,因为可能在push之后此输出之前又消费了,会产生输出混乱  
            try{  
                Thread.sleep((int)(Math.random()*500));  
            }catch(InterruptedException e){  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
    }  
}  
 
//消费类
class Consumer implements Runnable  
{  
    StackBasket ss = new StackBasket();  
    Consumer(StackBasket ss){  
        this.ss = ss;  
    }  
 
    /**   
    * show 消费进程.  
    */   
    public void run(){  
    	 //《--问题--》当生产还没结束而消费已经将仓库内产品消费光时,消费线程(循环)就退出,当生产线程将仓库填满时就一直处于等待状态,没办法结束
        while(ss.index != 0){ 
            ss.pop();  
//          System.out.println("消费了:---------" + m + " 共" + ss.index + "个馒头");  
//  同上在上面一行进行测试也是不妥的,对index的访问应该在原子操作里,因为可能在pop之后此输出之前又生产了,会产生输出混乱  
            try{  
                Thread.sleep((int)(Math.random()*1000));  
            }catch(InterruptedException e){  
                e.printStackTrace();  
            }  
        } 
        System.out.println("消费结束");
    }  
} 
该案例在运行中有时会出现如下情况:

Lesson_for_java_day20--java的多线程——生产者消费者模式(优化网上生产馒头的案例)_第1张图片

问题:仓库满后,消费线程却结束了,结果导致生产线程一直处于等待状态。程序没法结束。究其原因是因为消费线程在判断仓库产品为0之后就退出循环,结束消费线程,而不考虑生产线程是否仍在生产。所以当消费线程抢险运行时,就容易结束消费线程(案例中每生产或消费一个产品都会休眠一下,所以生产和消费交替运行,问题不明显,如果去掉休眠,很容易出现问题)。现将生产者消费者模式优化下,在消费线程中增加判断生产线程是否结束,这样就不会出现仓库已满,消费线程却已经结束的结果。


优化后的生产者消费者模式:

package sonyi;

public class ProAndConDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Stack stack = new Stack();
		new Thread(new Producer1(stack)).start();
		new Thread(new Consumer1(stack)).start();	
	}
}

class Consumer1 implements Runnable{
	private Stack stack;
	public Consumer1(Stack stack) {
		this.stack = stack;
	}
	@Override
	public void run() {
		while (Producer1.flag) {//创建标记,如果生产结束,消费才结束
			stack.pop();//消费产品
			try {
				Thread.sleep(1);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		System.out.println("--------------消费结束--------------");
	}	
}

class Producer1 implements Runnable{
	public static boolean flag = true;//创建生产标记,开始生产为true,结束生产为false
	private Stack stack;
	public Producer1(Stack stack) {
		this.stack = stack;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		for(int i = 0; i < 20; i++){//生产20个产品
			Produce p = new Produce(i+1);//生产一个产品
			stack.push(p);//产品添加到仓库中
			try {
				Thread.sleep(1);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
		flag = false;//结束生产标记
		System.out.println("----------生产结束--------------");
	}	
}

class Stack{
	Produce[] storeHose = new Produce[5];//创建容量为5的仓库
	int index = 0;
	
	public synchronized void push(Produce p){//往仓库内存放产品(传入一个产品)
		try {
			while (index == storeHose.length) {//判断仓库是否已经满了
				System.out.println("仓库已经满了---------");
				this.wait();//仓库满时,生产等待
			}	
			this.notifyAll();//唤醒其他线程
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

		storeHose[index++] = p;//仓库添加一个产品
		System.out.println("生产了" + p.id + "号产品,现在仓库有:" + index + "产品");	
	}
	
	public synchronized void pop(){	//往仓库中消费产品
		try {
			//双重判断,只有当仓库没有产品和成产还在继续时,消费线程才进入等待。
			//也就是说,当生产还在继续时,仓库没有产品,消费线程才进入等待,当生产结束时,消费线程不会进入等待,而是将产品消费光
			while(index == 0 && Producer1.flag){
				System.out.println("产品已经消费完了---------");
				this.wait();
			}
			this.notifyAll();//消费线程等待时,唤醒其他线程
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}	
		Produce p = storeHose[--index];//消费仓库里的一个产品
		System.out.println("消费了" + p.id + "号产品,现在仓库还有" + index + "产品");	
	}
}

//创建产品类,每个产品都有自己的id
class Produce{
	int id;
	public Produce(int id) {
		this.id = id;
	}
}

欢迎java学习者共同讨论。

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