java:多线程解决生产者消费者问题

news2024/9/24 1:27:31

生产者消费者问题

生产者消费者问题，也称有限缓冲问题，是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了共享固定大小缓冲区的两种线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
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要解决该问题，就必须让生产者在缓冲区满时休眠（要么干脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，生产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。通常采用进程间通信的方法解决该问题。如果解决方法不够完善，则容易出现死锁的情况。出现死锁时，两个线程都会陷入休眠，等待对方唤醒自己。该问题也能被推广到多个生产者和消费者的情形。

问题分析

在这个多线程问题中,我们需要设计两种任务,一种代表生产者(producer),一种代表消费者(consumer).

当生产者完成生产时,通知消费者进行消费,消费者消费完成后,再通知生产者进行生产,当生产队列已满时,生产者需要先等待消费者进行消费.

具体的等待和通知功能通过java多线程中的wait()和notify()方法实现.

代码实现

在主方法中创建三个线程执行生产任务,三个线程执行消费任务,

同时创建一个共享的静态变量lock作为同步锁对象

public static final Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Producer p1 = new Producer();
        Comsumer c1 = new Comsumer();
        Thread t1 = new Thread(p1, "p1");
        Thread t2 = new Thread(p1, "p2");
        Thread t3 = new Thread(p1, "p3");
        Thread t4 = new Thread(c1, "c1");
        Thread t5 = new Thread(c1, "c2");
        Thread t6 = new Thread(c1, "c3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
        t5.start();
        t6.start();
    }

生产者任务类

设计一个开关判断现在应该需要生产还是消费

当需要生产时,执行生产任务并将开关置为true(消费)

同时唤醒其他等待的线程

当不需要生产,但抢到了cpu执行权时,生产者需要等待其他线程对其进行唤醒.

循环体在同步代码块中执行,保证不会出现线程抢占的问题.

public static boolean flag = false;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (Test4.lock) {
                System.out.println("生产者start");
                if (!flag) {
                    System.out.println("生产者" + Thread.currentThread().getName() + "生产了");
                    flag = true;
                    Comsumer.flag = true;
                    Test4.lock.notifyAll();
                } else {
                    try {
                        Test4.lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("生产者end");
            }
        }
    }

消费者任务类

设计一个开关判断现在应该需要生产还是消费

当需要消费时,执行消费任务并将开关置为false(生产)

同时唤醒其他等待的线程

当不需要消费,但抢到了cpu执行权时,消费者需要等待其他线程对其进行唤醒.

循环体在同步代码块中执行,保证不会出现线程抢占的问题.

public static boolean flag = false;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (Test4.lock) {
                System.out.println("消费者start");
                if (flag) {
                    System.out.println("消费者" + Thread.currentThread().getName() + "消费了");
                    flag = false;
                    Producer.flag = false;
                    Test4.lock.notifyAll();
                } else {
                    try {
                        Test4.lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            System.out.println("消费者end");
        }
    }