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本文概要

生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題是線程模型中老生常談的問題，也是面試中經(jīng)常遇到的問題。光在Java中的實(shí)現(xiàn)方式多達(dá)數(shù)十種，更不用說加上其他語言的實(shí)現(xiàn)方式了。那么我們該如何學(xué)習(xí)呢？

本文會(huì)通過精講wait()和notify()方法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，來學(xué)習(xí)生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題的原理。

目的是當(dāng)你理解了最簡單實(shí)現(xiàn)原理，再看其他的實(shí)現(xiàn)，無非使用了更高級(jí)的機(jī)制（例如鎖、信號(hào)量、管道等等）來照貓畫虎的實(shí)現(xiàn)這個(gè)原理，萬變不離其宗，它們的原理都是一樣的。

本文也會(huì)列出一部分其他的實(shí)現(xiàn)方式代碼。千萬不要嘗試去背誦所有實(shí)現(xiàn)代碼，只有掌握了實(shí)現(xiàn)原理才能遇到問題的時(shí)候游刃有余。

精講wait()和notify()方法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型

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• 啥是生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型：

生產(chǎn)者和消費(fèi)者在同一時(shí)間段內(nèi)共用同一個(gè)存儲(chǔ)空間，生產(chǎn)者往存儲(chǔ)空間中添加產(chǎn)品，消費(fèi)者從存儲(chǔ)空間中取走產(chǎn)品，當(dāng)存儲(chǔ)空間為空時(shí)，消費(fèi)者阻塞，當(dāng)存儲(chǔ)空間滿時(shí)，生產(chǎn)者阻塞。

現(xiàn)實(shí)生活中的例子：12306搶購火車票、淘寶購買商品、倉庫管理等。

• 分步的實(shí)現(xiàn)我們的模型

public class Test1 {private static Integer count = 0; //代表生產(chǎn)的商品數(shù)量private static final Integer FULL = 10; //代表商品最多多少個(gè)（也就是緩沖區(qū)大小）private static final Object LOCK = new Object(); //鎖對(duì)象 ----分析1public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 5; i++) { //創(chuàng)造一堆生產(chǎn)者和消費(fèi)者模擬真實(shí)環(huán)境new Thread(new Producer()).start();}for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(new Consumer()).start();}}static class Producer implements Runnable { //代表生產(chǎn)者@Overridepublic void run() {}}static class Consumer implements Runnable { //代表消費(fèi)者@Overridepublic void run() {}} }

分析1.在main函數(shù)中創(chuàng)建了5個(gè)消費(fèi)者線程任務(wù)和5個(gè)生產(chǎn)者線程任務(wù)，當(dāng)這10個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行時(shí)，需要保證生產(chǎn)者和消費(fèi)者所公用的緩沖區(qū)是同步被改變的，就是說不同線程訪問緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)不能發(fā)生錯(cuò)亂。這里就是用一個(gè)鎖來保證緩沖區(qū)每次只有一個(gè)線程訪問

接下來看下生產(chǎn)者和消費(fèi)者的實(shí)現(xiàn)：

static class Producer implements Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) { //一次多生產(chǎn)幾個(gè)商品try {Thread.sleep(3000); //模擬真實(shí)環(huán)境，讓生產(chǎn)的慢一點(diǎn)，間隔3秒} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}synchronized (LOCK) { //線程同步 while (count.equals(FULL)) { //當(dāng)緩沖區(qū)滿了 try {LOCK.wait(); //讓線程等待 ----分析1} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}count++; //緩沖區(qū)不滿時(shí)繼續(xù)生產(chǎn)商品，商品加一System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有" + count);LOCK.notifyAll(); //喚醒等待的消費(fèi)者}}}}static class Consumer implements Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized (LOCK) { while (count == 0) { //當(dāng)沒有商品時(shí)，需要等待生產(chǎn)者生產(chǎn)商品try {LOCK.wait(); //----分析 2} catch (Exception e) {}}count--; //商品被消耗，商品減一System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費(fèi)者消費(fèi)，目前總共有" + count);LOCK.notifyAll(); //商品被消耗后，通知等待的生產(chǎn)者}}}}

分析：
1.當(dāng)緩沖區(qū)滿了的時(shí)候，需要阻止生產(chǎn)者繼續(xù)生產(chǎn)商品
2.當(dāng)緩沖區(qū)為空，沒有商品時(shí)，需要阻止消費(fèi)者繼續(xù)消費(fèi)商品

相信代碼分析和詳細(xì)的注釋，你已經(jīng)能很好的理解這個(gè)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型的原理了。接下來貼出其他的幾種實(shí)現(xiàn)代碼。

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其他的實(shí)現(xiàn)方法代碼

使用鎖實(shí)現(xiàn)：

import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Test1 {private static Integer count = 0;private static final Integer FULL = 10;//創(chuàng)建一個(gè)鎖對(duì)象private Lock lock = new ReentrantLock();//創(chuàng)建兩個(gè)條件變量，一個(gè)為緩沖區(qū)非滿，一個(gè)為緩沖區(qū)非空private final Condition notFull = lock.newCondition();private final Condition notEmpty = lock.newCondition();public static void main(String[] args) {Test1 test1 = new Test1();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();}class Producer implements Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {Thread.sleep(3000);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}//獲取鎖lock.lock();try {while (count == FULL) {try {notFull.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有" + count);//喚醒消費(fèi)者notEmpty.signal();} finally {//釋放鎖lock.unlock();}}}}class Consumer implements Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e1) {e1.printStackTrace();}lock.lock();try {while (count == 0) {try {notEmpty.await();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}count--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "消費(fèi)者消費(fèi)，目前總共有" + count);notFull.signal();} finally {lock.unlock();}}}} }

使用阻塞隊(duì)列：
當(dāng)隊(duì)列滿了或空了的時(shí)候進(jìn)行入隊(duì)列操作都會(huì)被阻塞。

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class Test1 {private static Integer count = 0;//創(chuàng)建一個(gè)阻塞隊(duì)列final BlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(10);public static void main(String[] args) {Test1 test1 = new Test1();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();new Thread(test1.new Producer()).start();new Thread(test1.new Consumer()).start();}class Producer implements Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {Thread.sleep(3000);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}try {blockingQueue.put(1);count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "生產(chǎn)者生產(chǎn)，目前總共有" + count);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}class Consumer implements Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e1) {e1.printStackTrace();}try {blockingQueue.take();count--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "消費(fèi)者消費(fèi)，目前總共有" + count);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}} }

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java精讲：生产者-消费者的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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