java 中怎么實現生產者消費者

今天就跟大家聊聊有關java 中怎么實現生產者消費者，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

生產者消費者圖

存儲空間已滿，而生產者占用著它，消費者等著生產者讓出空間從而去除產品，生產者等著消費者消費產品，從而向空間中添加產品。互相等待，從而發生死鎖。

生產者消費者問題是研究多線程程序時繞不開的經典問題之一，它描述是有一塊緩沖區作為倉庫，生產者可以將產品放入倉庫，消費者則可以從倉庫中取走產品。解決生產者/消費者問題的方法可分為兩類：

（1）采用某種機制保護生產者和消費者之間的同步；

（2）在生產者和消費者之間建立一個管道。

***種方式有較高的效率，并且易于實現，代碼的可控制性較好，屬于常用的模式。第二種管道緩沖區不易控制，被傳輸數據對象不易于封裝等，實用性不強。因此本文只介紹同步機制實現的生產者/消費者問題。

同步問題核心在于：如何保證同一資源被多個線程并發訪問時的完整性。常用的同步方法是采用信號或加鎖機制， 保證資源在任意時刻至多被一個線程訪問。Java語言在多線程編程上實現了完全對象化，提供了對同步機制的良好支持。在Java中一共有四種方法支持同 步，其中前三個是同步方法，一個是管道方法。

（1）wait() / notify()方法

（2）await() / signal()方法

（3）BlockingQueue阻塞隊列方法

（4）PipedInputStream / PipedOutputStream

本文只介紹最常用的前兩種種，第三、四種暫不做討論，有興趣的讀者可以自己去網上找答案。

一、wait() / notify()方法

wait() / nofity()方法是基類Object的兩個方法，也就意味著所有Java類都會擁有這兩個方法，這樣，我們就可以為任何對象實現同步機制。

wait()方法：當緩沖區已滿/空時，生產者/消費者線程停止自己的執行，放棄鎖，使自己處于等等狀態，讓其他線程執行。

notify()方法：當生產者/消費者向緩沖區放入/取出一個產品時，向其他等待的線程發出可執行的通知，同時放棄鎖，使自己處于等待狀態。

代碼實現：

1、倉庫類

import java.util.LinkedList;    /**   * 倉庫類Storage實現緩沖區   *    * @author zcr   */   public class Storage   {       // 倉庫***存儲量       private final int MAX_SIZE = 100;          // 倉庫存儲的載體       private LinkedList<Object> list = new LinkedList<Object>();          /**      * 生產num個產品      * @param num 生產產品的數量      */     public void produce(int num)       {           // 同步代碼段           synchronized (list)           {               // 如果倉庫剩余容量不足               while (list.size() + num > MAX_SIZE)               {                   System.out.println("【要生產的產品數量】:" + num + " \t 【庫存量】:"                           + list.size() + "\t 暫時不能執行生產任務!");                   try                   {                       // 由于條件不滿足，生產阻塞                       list.wait();                   }                   catch (InterruptedException e)                   {                       e.printStackTrace();                   }               }                  // 生產條件滿足情況下，生產num個產品               for (int i = 1; i <= num; ++i)               {                   list.add(new Object());               }                  System.out.println("【已經生產產品數】:" + num + "\t 【現倉儲量為】:" + list.size());                  list.notifyAll();           }       }          /**      * 消費num個產品      * @param num 消費產品數量      */     public void consume(int num)       {           // 同步代碼段           synchronized (list)           {               // 如果倉庫存儲量不足               while (list.size() < num)               {                   System.out.println("【要消費的產品數量】:" + num + " \t【庫存量】:"                           + list.size() + " \t 暫時不能執行生產任務!");                   try                   {                       // 由于條件不滿足，消費阻塞                       list.wait();                   }                   catch (InterruptedException e)                   {                       e.printStackTrace();                   }               }                  // 消費條件滿足情況下，消費num個產品               for (int i = 1; i <= num; ++i)               {                   list.remove();               }                  System.out.println("【已經消費產品數】:" + num + " \t 【現倉儲量為】:" + list.size());                  list.notifyAll();           }       }          // get/set方法       public LinkedList<Object> getList()       {           return list;       }          public void setList(LinkedList<Object> list)       {           this.list = list;       }          public int getMAX_SIZE()       {           return MAX_SIZE;       }   }

2、生產者

/**   * 生產者類Producer繼承線程類Thread   *    *    * @author zcr  *    */   public class Producer extends Thread   {       // 每次生產的產品數量       private int num;          // 所在放置的倉庫       private Storage storage;          // 構造函數，設置倉庫       public Producer(Storage storage)       {           this.storage = storage;       }          // 線程run函數       public void run()       {           produce(num);       }          // 調用倉庫Storage的生產函數       public void produce(int num)       {           storage.produce(num);       }          // get/set方法       public int getNum()       {           return num;       }          public void setNum(int num)       {           this.num = num;       }          public Storage getStorage()       {           return storage;       }          public void setStorage(Storage storage)       {           this.storage = storage;       }   }

3、消費者

/**   * 消費者類Consumer繼承線程類Thread   *    *    * @author zcr  *    */   public class Consumer extends Thread   {       // 每次消費的產品數量       private int num;          // 所在放置的倉庫       private Storage storage;          // 構造函數，設置倉庫       public Consumer(Storage storage)       {           this.storage = storage;       }          // 線程run函數       public void run()       {           consume(num);       }          // 調用倉庫Storage的生產函數       public void consume(int num)       {           storage.consume(num);       }          // get/set方法       public int getNum()       {           return num;       }          public void setNum(int num)       {           this.num = num;       }          public Storage getStorage()       {           return storage;       }          public void setStorage(Storage storage)       {           this.storage = storage;       }   }

4、測試類

/**   * 測試類Test   * @author zcr  *    */   public class Test   {       public static void main(String[] args)       {           // 倉庫對象           Storage storage = new Storage();              // 生產者對象           Producer p1 = new Producer(storage);           Producer p2 = new Producer(storage);           Producer p3 = new Producer(storage);           Producer p4 = new Producer(storage);           Producer p5 = new Producer(storage);           Producer p6 = new Producer(storage);           Producer p7 = new Producer(storage);              // 消費者對象           Consumer c1 = new Consumer(storage);           Consumer c2 = new Consumer(storage);           Consumer c3 = new Consumer(storage);              // 設置生產者產品生產數量           p1.setNum(10);           p2.setNum(10);           p3.setNum(10);           p4.setNum(10);           p5.setNum(10);           p6.setNum(10);           p7.setNum(80);              // 設置消費者產品消費數量           c1.setNum(50);           c2.setNum(20);           c3.setNum(30);              // 線程開始執行           c1.start();           c2.start();           c3.start();           p1.start();           p2.start();           p3.start();           p4.start();           p5.start();           p6.start();           p7.start();       }   }

5、結果：

【要消費的產品數量】:50     【庫存量】:0      暫時不能執行生產任務! 【要消費的產品數量】:20     【庫存量】:0      暫時不能執行生產任務! 【已經生產產品數】:10     【現倉儲量為】:10 【要消費的產品數量】:20     【庫存量】:10      暫時不能執行生產任務! 【要消費的產品數量】:50     【庫存量】:10      暫時不能執行生產任務! 【已經生產產品數】:10     【現倉儲量為】:20 【已經生產產品數】:10     【現倉儲量為】:30 【要消費的產品數量】:50     【庫存量】:30      暫時不能執行生產任務! 【已經消費產品數】:20      【現倉儲量為】:10 【已經生產產品數】:10     【現倉儲量為】:20 【已經生產產品數】:10     【現倉儲量為】:30 【要消費的產品數量】:50     【庫存量】:30      暫時不能執行生產任務! 【已經生產產品數】:10     【現倉儲量為】:40 【已經消費產品數】:30      【現倉儲量為】:10 【要消費的產品數量】:50     【庫存量】:10      暫時不能執行生產任務! 【已經生產產品數】:80     【現倉儲量為】:90 【已經消費產品數】:50      【現倉儲量為】:40

看完上述代碼，對wait() / notify()方法實現的同步有了了解。你可能會對Storage類中為什么要定義public void produce(int num);和public void consume(int num);方法感到不解，為什么不直接在生產者類Producer和消費者類Consumer中實現這兩個方法，卻要調用Storage類中的實現呢？淡定，后文會有解釋。我們先往下走。

二、await() / signal()方法

在JDK5.0之后，Java提供了更加健壯的線程處理機制，包括同步、鎖定、線程池等，它們可以實現更細粒度的線程控制。await()和 signal()就是其中用來做同步的兩種方法，它們的功能基本上和wait() / nofity()相同，完全可以取代它們，但是它們和新引入的鎖定機制Lock直接掛鉤，具有更大的靈活性。通過在Lock對象上調用newCondition()方法，將條件變量和一個鎖對象進行綁定，進而控制并發程序訪問競爭資源的安全。

下面來看代碼：

只需要更新倉庫類Storage的代碼即可，生產者Producer、消費者Consumer、測試類Test的代碼均不需要進行任何更改。

倉庫類

import java.util.LinkedList; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  /**  * 倉庫類Storage實現緩沖區  *   *   * @author MONKEY.D.MENG 2011-03-15  *   */ public class Storage {     // 倉庫***存儲量     private final int MAX_SIZE = 100;      // 倉庫存儲的載體     private LinkedList<Object> list = new LinkedList<Object>();      // 鎖     private final Lock lock = new ReentrantLock();      // 倉庫滿的條件變量     private final Condition full = lock.newCondition();      // 倉庫空的條件變量     private final Condition empty = lock.newCondition();      // 生產num個產品     public void produce(int num)     {         // 獲得鎖         lock.lock();          // 如果倉庫剩余容量不足         while (list.size() + num > MAX_SIZE)         {             System.out.println("【要生產的產品數量】:" + num + "/t【庫存量】:" + list.size()                     + "/t暫時不能執行生產任務!");             try             {                 // 由于條件不滿足，生產阻塞                 full.await();             }             catch (InterruptedException e)             {                 e.printStackTrace();             }         }          // 生產條件滿足情況下，生產num個產品         for (int i = 1; i <= num; ++i)         {             list.add(new Object());         }          System.out.println("【已經生產產品數】:" + num + "/t【現倉儲量為】:" + list.size());          // 喚醒其他所有線程         full.signalAll();         empty.signalAll();          // 釋放鎖         lock.unlock();     }      // 消費num個產品     public void consume(int num)     {         // 獲得鎖         lock.lock();          // 如果倉庫存儲量不足         while (list.size() < num)         {             System.out.println("【要消費的產品數量】:" + num + "/t【庫存量】:" + list.size()                     + "/t暫時不能執行生產任務!");             try             {                 // 由于條件不滿足，消費阻塞                 empty.await();             }             catch (InterruptedException e)             {                 e.printStackTrace();             }         }          // 消費條件滿足情況下，消費num個產品         for (int i = 1; i <= num; ++i)         {             list.remove();         }          System.out.println("【已經消費產品數】:" + num + "/t【現倉儲量為】:" + list.size());          // 喚醒其他所有線程         full.signalAll();         empty.signalAll();          // 釋放鎖         lock.unlock();     }      // set/get方法     public int getMAX_SIZE()     {         return MAX_SIZE;     }      public LinkedList<Object> getList()     {         return list;     }      public void setList(LinkedList<Object> list)     {         this.list = list;     } }

結果：

【要消費的產品數量】:50/t【庫存量】:0/t暫時不能執行生產任務! 
【已經生產產品數】:10/t【現倉儲量為】:10 
【已經生產產品數】:10/t【現倉儲量為】:20 
【要消費的產品數量】:30/t【庫存量】:20/t暫時不能執行生產任務! 
【已經消費產品數】:20/t【現倉儲量為】:0 
【已經生產產品數】:10/t【現倉儲量為】:10 
【已經生產產品數】:10/t【現倉儲量為】:20 
【要消費的產品數量】:50/t【庫存量】:20/t暫時不能執行生產任務! 
【已經生產產品數】:10/t【現倉儲量為】:30 
【已經生產產品數】:10/t【現倉儲量為】:40 
【要生產的產品數量】:80/t【庫存量】:40/t暫時不能執行生產任務! 
【已經消費產品數】:30/t【現倉儲量為】:10 
【要消費的產品數量】:50/t【庫存量】:10/t暫時不能執行生產任務! 
【已經生產產品數】:80/t【現倉儲量為】:90 
【已經消費產品數】:50/t【現倉儲量為】:40 

這樣我們就知道為神馬我要在Storage類中定義public void produce(int num);和public void consume(int num);方法，并在生產者類Producer和消費者類Consumer中調用Storage類中的實現了吧。將可能發生的變化集中到一個類中，不影響原有的構架設計，同時無需修改其他業務層代碼。

看完上述內容，你們對java 中怎么實現生產者消費者有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。