Java多線程中不同條件下編寫生產(chǎn)消費(fèi)者模型方法介紹
更新時(shí)間：2017年11月21日 10:51:49 作者：nullzx
這篇文章主要介紹了Java多線程中不同條件下編寫生產(chǎn)消費(fèi)者模型方法介紹，介紹了生產(chǎn)消費(fèi)者模型，然后分享了相關(guān)代碼示例，具有一定參考價(jià)值，需要的朋友可以了解下。
簡介：
生產(chǎn)者、消費(fèi)者模型是多線程編程的常見問題，最簡單的一個(gè)生產(chǎn)者、一個(gè)消費(fèi)者線程模型大多數(shù)人都能夠?qū)懗鰜?，但是一旦條件發(fā)生變化，我們就很容易掉進(jìn)多線程的bug中。這篇文章主要講解了生產(chǎn)者和消費(fèi)者的數(shù)量，商品緩存位置數(shù)量，商品數(shù)量等多個(gè)條件的不同組合下，寫出正確的生產(chǎn)者消費(fèi)者模型的方法。
歡迎探討，如有錯(cuò)誤敬請(qǐng)指正
生產(chǎn)消費(fèi)者模型
生產(chǎn)者消費(fèi)者模型具體來講，就是在一個(gè)系統(tǒng)中，存在生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩種角色，他們通過內(nèi)存緩沖區(qū)進(jìn)行通信，生產(chǎn)者生產(chǎn)消費(fèi)者需要的資料，消費(fèi)者把資料做成產(chǎn)品。生產(chǎn)消費(fèi)者模式如下圖。
定義商品類
package demo;
/*定義商品*/
public class Goods {
public final String name;
public final int price;
public final int id;
public Goods(String name, int price, int id){
this.name = name;
/*類型*/
this.price = price;
/*價(jià)格*/
this.id = id;
/*商品序列號(hào)*/
}
@Override
public String toString(){
return "name: " + name + ", price:"+ price + ", id: " + id;
}
}
基本要求：
1）生產(chǎn)者不能重復(fù)生產(chǎn)一個(gè)商品，也就是說不能有兩個(gè)id相同的商品
2）生產(chǎn)者不能覆蓋一個(gè)商品（當(dāng)前商品還未被消費(fèi)，就被下一個(gè)新商品覆蓋）。也就是說消費(fèi)商品時(shí)，商品的id屬性可以不連續(xù)，但不能出現(xiàn)缺號(hào)的情況
3）消費(fèi)者不能重復(fù)消費(fèi)一個(gè)商品
1.生產(chǎn)者線程無線生產(chǎn)，消費(fèi)者線程無限消費(fèi)的模式
1.1使用線程對(duì)象，一個(gè)生產(chǎn)者線程，一個(gè)消費(fèi)者線程，一個(gè)商品存儲(chǔ)位置
package demo;
import java.util.Random;
/*使用線程對(duì)象，一個(gè)緩存位置，一個(gè)生產(chǎn)者，一個(gè)消費(fèi)者，無限生產(chǎn)商品消費(fèi)商品*/
public class ProducterComsumerDemo1 {
/*定義一個(gè)商品緩存位置*/
private volatile Goods goods;
/*定義一個(gè)對(duì)象作為鎖,不使用goods作為鎖是因?yàn)樯a(chǎn)者每次會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的對(duì)象*/
private Object obj = new Object();
/*isFull == true 生產(chǎn)者線程休息,消費(fèi)者線程消費(fèi)
*isFull == false 消費(fèi)者線程休息，生產(chǎn)者線程生產(chǎn)*/
private volatile Boolean isFull = false;
/*商品的id編號(hào),生產(chǎn)者制造的每個(gè)商品的id都不一樣,每生產(chǎn)一個(gè)id自增1*/
private int id = 1;
/*隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)sleep時(shí)間*/
private Random rnd = new Random();
/*=================定義消費(fèi)者線程==================*/
public class ComsumeThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
try{
while(true){
/*獲取obj對(duì)象的鎖, id 和 isFull 的操作都在同步代碼塊中*/
synchronized(obj){
if(!isFull){
/*wait方法使當(dāng)前線程阻塞，并釋放鎖*/
obj.wait();
}
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
/*模擬消費(fèi)商品*/
System.out.println(goods);
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
isFull = false;
/*喚醒阻塞obj上的生產(chǎn)者線程*/
obj.notify();
}
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
}
}
catch (InterruptedException e){
/*什么都不做*/
}
}
}
/*=================定義生產(chǎn)者線程==================*/
public class ProductThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
try {
while(true){
synchronized(obj){
if(isFull){
obj.wait();
}
Thread.sleep(rnd.nextint(500));
/*如果id為偶數(shù),生產(chǎn)價(jià)格為2的產(chǎn)品A
*如果id為奇數(shù),生產(chǎn)價(jià)格為1的產(chǎn)品B*/
if(id % 2 == 0){
goods = new Goods("A", 2, id);
} else{
goods = new Goods("B", 1, id);
}
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
id++;
isFull = true;
/*喚醒阻塞的消費(fèi)者線程*/
obj.notify();
}
}
}
catch (InterruptedException e) {
/*什么都不做*/
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
ProducterComsumerDemo1 pcd = new ProducterComsumerDemo1();
Runnable c = pcd.new ComsumeThread();
Runnable p = pcd.new ProductThread();
new Thread(p).start();
new Thread(c).start();
}
}
運(yùn)行結(jié)果
name: B, price:1, id: 1 name: A, price:2, id: 2 name: B, price:1, id: 3 name: A, price:2, id: 4 name: B, price:1, id: 5 name: A, price:2, id: 6 name: B, price:1, id: 7 name: A, price:2, id: 8 name: B, price:1, id: 9 name: A, price:2, id: 10 name: B, price:1, id: 11 name: A, price:2, id: 12 name: B, price:1, id: 13 ……
從結(jié)果看出，商品類型交替生產(chǎn)，每個(gè)商品的id都不相同，且不會(huì)漏過任何一個(gè)id，生產(chǎn)者沒有重復(fù)生產(chǎn)，消費(fèi)者沒有重復(fù)消費(fèi)，結(jié)果完全正確。
1.2.使用線程對(duì)象，多個(gè)生產(chǎn)者線程，多個(gè)消費(fèi)者線程，1個(gè)緩存位置
1.2.1一個(gè)經(jīng)典的bug
對(duì)于多生產(chǎn)者，多消費(fèi)者這個(gè)問題，看起來我們似乎不用修改代碼，只需在main方法中多添加幾個(gè)線程就好。假設(shè)我們需要三個(gè)消費(fèi)者，一個(gè)生產(chǎn)者，那么我們只需要在main方法中再添加兩個(gè)消費(fèi)者線程。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
ProducterComsumerDemo1 pcd = new ProducterComsumerDemo1();
Runnable c = pcd.new ComsumeThread();
Runnable p = pcd.new ProductThread();
new Thread(c).start();
new Thread(p).start();
new Thread(c).start();
new Thread(c).start();
}
運(yùn)行結(jié)果
name: B, price:1, id: 1 name: A, price:2, id: 2 name: A, price:2, id: 2 name: B, price:1, id: 3 name: B, price:1, id: 3 name: A, price:2, id: 4 name: A, price:2, id: 4 name: B, price:1, id: 5 name: B, price:1, id: 5 name: A, price:2, id: 6 ……
從結(jié)果中，我們發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者重復(fù)消費(fèi)了商品，所以這樣做顯然是錯(cuò)誤的。這里我們定義多個(gè)消費(fèi)者，一個(gè)生產(chǎn)者，所以遇到了重復(fù)消費(fèi)的問題，如果定義成一個(gè)消費(fèi)者，多個(gè)生產(chǎn)者就會(huì)遇到id覆蓋的問題。如果我們定義多個(gè)消費(fèi)者，多個(gè)生產(chǎn)者，那么即會(huì)遇到重復(fù)消費(fèi)，也會(huì)遇到id覆蓋的問題。注意，上面的代碼使用的notifyAll喚醒方法，如果使用notify方法喚醒bug仍然可能發(fā)生。
現(xiàn)在我們來分析一下原因。當(dāng)生產(chǎn)者生產(chǎn)好了商品，會(huì)喚醒因沒有商品而阻塞消費(fèi)者線程，假設(shè)喚醒的消費(fèi)者線程超過兩個(gè)，這兩個(gè)線程會(huì)競爭獲取鎖，獲取到鎖的線程就會(huì)從obj.wait()方法中返回，然后消費(fèi)商品，并把isFull置為false，然后釋放鎖。當(dāng)被喚醒的另一個(gè)線程競爭獲取到鎖了以后也會(huì)從obj.wait()方法中返回。會(huì)再次消費(fèi)同一個(gè)商品。顯然，每一個(gè)被喚醒的線程應(yīng)該再次檢查isFull這個(gè)條件。所以無論是消費(fèi)者，還是生產(chǎn)者，isFull的判斷必須改成while循環(huán)，這樣才能得到正確的結(jié)果而不受生產(chǎn)者的線程數(shù)和消費(fèi)者的線程數(shù)的影響。
而對(duì)于只有一個(gè)生產(chǎn)者線程，一個(gè)消費(fèi)者線程，用if判斷是沒有問題的，但是仍然強(qiáng)烈建議改成while語句進(jìn)行判斷。
1.2.2正確的姿勢
package demo;
import java.util.Random;
/*使用線程對(duì)象，一個(gè)緩存位置，一個(gè)生產(chǎn)者，一個(gè)消費(fèi)者，無限生產(chǎn)商品消費(fèi)商品*/
public class ProducterComsumerDemo1 {
/*定義一個(gè)商品緩存位置*/
private volatile Goods goods;
/*定義一個(gè)對(duì)象作為鎖,不使用goods作為鎖是因?yàn)樯a(chǎn)者每次會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的對(duì)象*/
private Object obj = new Object();
/*isFull == true 生產(chǎn)者線程休息,消費(fèi)者線程消費(fèi)
*isFull == false 消費(fèi)者線程消費(fèi)，生產(chǎn)者線程生產(chǎn)*/
private volatile Boolean isFull = false;
/*商品的id編號(hào),生產(chǎn)者制造的每個(gè)商品的id都不一樣,每生產(chǎn)一個(gè)id自增1*/
private int id = 1;
/*隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)sleep時(shí)間*/
private Random rnd = new Random();
/*=================定義消費(fèi)者線程==================*/
public class ComsumeThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
try{
while(true){
/*獲取obj對(duì)象的鎖, id 和 isFull 的操作都在同步代碼塊中*/
synchronized(obj){
while(!isFull){
/*wait方法使當(dāng)前線程阻塞，并釋放鎖*/
obj.wait();
}
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
/*模擬消費(fèi)商品*/
System.out.println(goods);
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
isFull = false;
/*喚醒阻塞obj上的生產(chǎn)者線程*/
obj.notifyAll();
}
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
}
}
catch (InterruptedException e){
/*我就是任性，這里什么都不做*/
}
}
}
/*=================定義生產(chǎn)者線程==================*/
public class ProductThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
try {
while(true){
synchronized(obj){
while(isFull){
obj.wait();
}
Thread.sleep(rnd.nextint(500));
/*如果id為偶數(shù),生產(chǎn)價(jià)格為2的產(chǎn)品A
如果id為奇數(shù),生產(chǎn)價(jià)格為1的產(chǎn)品B*/
if(id % 2 == 0){
goods = new Goods("A", 2, id);
} else{
goods = new Goods("B", 1, id);
}
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
id++;
isFull = true;
/*喚醒阻塞的消費(fèi)者線程*/
obj.notifyAll();
}
}
}
catch (InterruptedException e) {
/*我就是任性，這里什么都不做*/
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
ProducterComsumerDemo1 pcd = new ProducterComsumerDemo1();
Runnable c = pcd.new ComsumeThread();
Runnable p = pcd.new ProductThread();
new Thread(p).start();
new Thread(p).start();
new Thread(p).start();
new Thread(c).start();
new Thread(c).start();
new Thread(c).start();
}
}
1.3使用線程對(duì)象,多個(gè)緩存位置(有界),多生產(chǎn)者，多消費(fèi)者
1）當(dāng)緩存位置滿時(shí)，我們應(yīng)該阻塞生產(chǎn)者線程
2）當(dāng)緩存位置空時(shí)，我們應(yīng)該阻塞消費(fèi)者線程
下面的代碼我沒有用java對(duì)象內(nèi)置的鎖，而是用了ReentrantLock對(duì)象。是因?yàn)槠胀▽?duì)象的鎖只有一個(gè)阻塞隊(duì)列，如果使用notify方式，無法保證喚醒的就是特定類型的線程（消費(fèi)者線程或生產(chǎn)者線程），而notifyAll方法會(huì)喚醒所有的線程，當(dāng)剩余的緩存商品的數(shù)量小于生產(chǎn)者線程數(shù)量或已緩存商品的數(shù)量小于消費(fèi)者線程時(shí)效率就比較低。所以這里我們通過ReentrantLock對(duì)象構(gòu)造兩個(gè)阻塞隊(duì)列提高效率。
1.3.1普通方式
package demo;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/*使用線程對(duì)象,多個(gè)緩存位置(有界),多生產(chǎn)者,多消費(fèi)者,無限循環(huán)模式*/
public class ProducterComsumerDemo2 {
/*最大緩存商品數(shù)*/
private final int MAX_SLOT = 2;
/*定義緩存商品的容器*/
private LinkedList<Goods> queue = new LinkedList<Goods>();
/*定義線程鎖和鎖對(duì)應(yīng)的阻塞隊(duì)列*/
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition full = lock.newCondition();
private Condition empty = lock.newCondition();
/*商品的id編號(hào),生產(chǎn)者制造的每個(gè)商品的id都不一樣,每生產(chǎn)一個(gè)id自增1*/
private int id = 1;
/*隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)sleep時(shí)間*/
private Random rnd = new Random();
/*=================定義消費(fèi)者線程==================*/
public class ComsumeThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(true){
/*加鎖,queue的出列操作都在同步代碼塊中*/
lock.lock();
try {
while(queue.isEmpty()){
System.out.println("queue is empty");
empty.await();
}
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
/*模擬消費(fèi)商品*/
Goods goods = queue.remove();
System.out.println(goods);
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
/*喚醒阻塞的生產(chǎn)者線程*/
full.signal();
}
catch (InterruptedException e) {
/*什么都不做*/
}
finally{
lock.unlock();
}
/*釋放鎖后隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
try {
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
}
catch (InterruptedException e) {
/*什么都不做*/
}
}
}
}
/*=================定義生產(chǎn)者線程==================*/
public class ProductThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(true){
/*加鎖,queue的入列操作，id操作都在同步代碼塊中*/
lock.lock();
try{
while(queue.size() == MAX_SLOT){
System.out.println("queue is full");
full.await();
}
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
Goods goods = null;
/*根據(jù)序號(hào)產(chǎn)生不同的商品*/
switch(id%3){
case 0 : goods = new Goods("A", 1, id);
break;
case 1 : goods = new Goods("B", 2, id);
break;
case 2 : goods = new Goods("C", 3, id);
break;
}
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
queue.add(goods);
id++;
/*喚醒阻塞的消費(fèi)者線程*/
empty.signal();
}
catch(InterruptedException e){
/*什么都不做*/
}
finally{
lock.unlock();
}
/*釋放鎖后隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
try {
Thread.sleep(rnd.nextint(100));
}
catch (InterruptedException e) {
/*什么都不做*/
}
}
}
}
/*=================main==================*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
ProducterComsumerDemo2 pcd = new ProducterComsumerDemo2();
Runnable c = pcd.new ComsumeThread();
Runnable p = pcd.new ProductThread();
/*兩個(gè)生產(chǎn)者線程，兩個(gè)消費(fèi)者線程*/
new Thread(p).start();
new Thread(p).start();
new Thread(c).start();
new Thread(c).start();
}
}
運(yùn)行結(jié)果
queue is empty queue is empty name: B, price:2, id: 1 name: C, price:3, id: 2 name: A, price:1, id: 3 queue is full name: B, price:2, id: 4 name: C, price:3, id: 5 queue is full name: A, price:1, id: 6 name: B, price:2, id: 7 name: C, price:3, id: 8 name: A, price:1, id: 9 name: B, price:2, id: 10 name: C, price:3, id: 11 name: A, price:1, id: 12 name: B, price:2, id: 13 name: C, price:3, id: 14 ……
1.3.2 更優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)方式
下面使用線程池（ThreadPool）和阻塞隊(duì)列（LinkedBlockingQueue）原子類（AtomicInteger）以更加優(yōu)雅的方式實(shí)現(xiàn)上述功能。LinkedBlockingQueue阻塞隊(duì)列僅在take和put方法上鎖，所以id必須定義為原子類。
package demo;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/*使用線程對(duì)象,多個(gè)緩存位置(有界),多生產(chǎn)者,多消費(fèi)者,無限循環(huán)模式*/
public class ProducterComsumerDemo4 {
/*最大緩存商品數(shù)*/
private final int MAX_SLOT = 3;
/*定義緩存商品的容器*/
private LinkedBlockingQueue<Goods> queue = new LinkedBlockingQueue<Goods>(MAX_SLOT);
/*商品的id編號(hào),生產(chǎn)者制造的每個(gè)商品的id都不一樣,每生產(chǎn)一個(gè)id自增1*/
private AtomicInteger id = new AtomicInteger(1);
/*隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)sleep時(shí)間*/
private Random rnd = new Random();
/*=================定義消費(fèi)者線程==================*/
public class ComsumeThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(true){
try {
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
/*模擬消費(fèi)商品*/
Goods goods = queue.take();
System.out.println(goods);
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
}
catch (InterruptedException e) {
/*什么都不做*/
}
}
}
}
/*=================定義生產(chǎn)者線程==================*/
public class ProductThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(true){
try{
int x = id.getAndIncrement();
Goods goods = null;
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
/*根據(jù)序號(hào)產(chǎn)生不同的商品*/
switch(x%3){
case 0 : goods = new Goods("A", 1, x);
break;
case 1 : goods = new Goods("B", 2, x);
break;
case 2 : goods = new Goods("C", 3, x);
break;
}
Thread.sleep(rnd.nextint(200));
queue.put(goods);
Thread.sleep(rnd.nextint(100));
}
catch(InterruptedException e){
/*什么都不做*/
}
}
}
}
/*=================main==================*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
ProducterComsumerDemo4 pcd = new ProducterComsumerDemo4();
Runnable c = pcd.new ComsumeThread();
Runnable p = pcd.new ProductThread();
/*定義線程池*/
ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
/*三個(gè)生產(chǎn)者線程，兩個(gè)消費(fèi)者線程*/
es.execute(p);
es.execute(p);
es.execute(p);
es.execute(c);
es.execute(c);
es.shutdown();
}
}
2.有限商品個(gè)數(shù)
這個(gè)問題顯然比上面的問題要復(fù)雜不少，原因在于要保證緩存區(qū)的商品要全部消費(fèi)掉，沒有重復(fù)消費(fèi)商品，沒有覆蓋商品，同時(shí)還要保證所有線程能夠正常結(jié)束，防止存在一直阻塞的線程。
2.1使用線程對(duì)象,多個(gè)緩存位置(有界),多生產(chǎn)者，多消費(fèi)者
思路定義一下三個(gè)變量
/*需要生產(chǎn)的總商品數(shù)*/ private final int TOTAL_NUM = 30; /*已產(chǎn)生的數(shù)量*/ private volatile int productNum = 0; /*已消耗的商品數(shù)*/ private volatile int comsumedNum = 0;
每生產(chǎn)一個(gè)商品 productNum 自增1，直到TOTAL_NUM為止，如果不滿足條件 productNum < TOTAL_NUM 則結(jié)束進(jìn)程，自增操作必須在full.await()方法調(diào)用之前，防止生產(chǎn)者線程無法喚醒。
同理，每消費(fèi)一個(gè)商品 comsumedNum 自增1，直到TOTAL_NUM為止，如果不滿足條件 comsumedNum < TOTAL_NUM 則結(jié)束進(jìn)程，自增操作必須在empty.await()方法調(diào)用之前，防止消費(fèi)者線程無法喚醒。
comsumedNum和productNum相當(dāng)于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代的糧票一樣，有了它能夠保證生產(chǎn)者線程在喚醒后一定需要生產(chǎn)一個(gè)商品，消費(fèi)者線程在喚醒以后一定能夠消費(fèi)一個(gè)商品
package demo;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/*使用線程對(duì)象,多個(gè)緩存位置(有界),多生產(chǎn)者，多消費(fèi)者, 有限商品個(gè)數(shù)*/
public class ProducterComsumerDemo3 {
/*需要生產(chǎn)的總商品數(shù)*/
private final int TOTAL_NUM = 30;
/*已產(chǎn)生的數(shù)量*/
private volatile int productNum = 0;
/*已消耗的商品數(shù)*/
private volatile int comsumedNum = 0;
/*最大緩存商品數(shù)*/
private final int MAX_SLOT = 2;
/*定義線程公用的鎖和條件*/
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition full = lock.newCondition();
private Condition empty = lock.newCondition();
/*定義緩存商品的容器*/
private LinkedList<Goods> queue = new LinkedList<Goods>();
/*商品的id編號(hào),生產(chǎn)者制造的每個(gè)商品的id都不一樣,每生產(chǎn)一個(gè)id自增1*/
private int id = 1;
/*隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)sleep時(shí)間*/
private Random rnd = new Random();
/*=================定義消費(fèi)者線程==================*/
public class ComsumeThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(true){
/*加鎖, id、comsumedNum 操作都在同步代碼塊中*/
lock.lock();
try {
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
if(comsumedNum < TOTAL_NUM){
comsumedNum++;
} else{
/*這里會(huì)自動(dòng)執(zhí)行finally的語句，釋放鎖*/
break;
}
while(queue.isEmpty()){
System.out.println("queue is empty");
empty.await();
}
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
/*模擬消費(fèi)商品*/
Goods goods = queue.remove();
System.out.println(goods);
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
/*喚醒阻塞的生產(chǎn)者線程*/
full.signal();
}
catch (InterruptedException e) {
}
finally{
lock.unlock();
}
/*釋放鎖后，隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
try {
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
}
catch (InterruptedException e) {
}
}
System.out.println(
"customer "
+ Thread.currentThread().getName()
+ " is over");
}
}
/*=================定義生產(chǎn)者線程==================*/
public class ProductThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(true){
lock.lock();
try{
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
if(productNum < TOTAL_NUM){
productNum++;
} else{
/*這里會(huì)自動(dòng)執(zhí)行finally的語句，釋放鎖*/
break;
}
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
while(queue.size() == MAX_SLOT){
System.out.println("queue is full");
full.await();
}
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
Goods goods = null;
/*根據(jù)序號(hào)產(chǎn)生不同的商品*/
switch(id%3){
case 0 : goods = new Goods("A", 1, id);
break;
case 1 : goods = new Goods("B", 2, id);
break;
case 2 : goods = new Goods("C", 3, id);
break;
}
queue.add(goods);
id++;
/*喚醒阻塞的消費(fèi)者線程*/
empty.signal();
}
catch(InterruptedException e){
}
finally{
lock.unlock();
}
/*釋放鎖后，隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
try {
Thread.sleep(rnd.nextint(250));
}
catch (InterruptedException e) {
/*什么都不做*/
}
}
System.out.println(
"producter "
+ Thread.currentThread().getName()
+ " is over");
}
}
/*=================main==================*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
ProducterComsumerDemo3 pcd = new ProducterComsumerDemo3();
ComsumeThread c = pcd.new ComsumeThread();
ProductThread p = pcd.new ProductThread();
new Thread(p).start();
new Thread(p).start();
new Thread(p).start();
new Thread(c).start();
new Thread(c).start();
new Thread(c).start();
System.out.println("main Thread is over");
}
}
2.2利用線程池，原子類，阻塞隊(duì)列，以更優(yōu)雅的方式實(shí)現(xiàn)
LinkedBlockingQueue阻塞隊(duì)列僅在take和put方法上鎖，所以productNum和comsumedNum必須定義為原子類。
package demo;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/*使用線程池,多個(gè)緩存位置(有界),多生產(chǎn)者，多消費(fèi)者, 有限商品個(gè)數(shù)*/
public class LinkedBlockingQueueDemo {
/*需要生產(chǎn)的總商品數(shù)*/
private final int TOTAL_NUM = 20;
/*已產(chǎn)生商品的數(shù)量*/
volatile AtomicInteger productNum = new AtomicInteger(0);
/*已消耗的商品數(shù)*/
volatile AtomicInteger comsumedNum = new AtomicInteger(0);
/*最大緩存商品數(shù)*/
private final int MAX_SLOT = 5;
/*同步阻塞隊(duì)列，隊(duì)列容量為MAX_SLOT*/
private LinkedBlockingQueue<Goods> lbq = new LinkedBlockingQueue<Goods>(MAX_SLOT);
/*隨機(jī)數(shù)*/
private Random rnd = new Random();
/*pn表示產(chǎn)品的編號(hào)，產(chǎn)品編號(hào)從1開始*/
private volatile AtomicInteger pn = new AtomicInteger(1);
/*=================定義消費(fèi)者線程==================*/
public class CustomerThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(comsumedNum.getAndIncrement() < TOTAL_NUM){
try{
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(500));
/*從隊(duì)列中取出商品，隊(duì)列空時(shí)發(fā)生阻塞*/
Goods goods = lbq.take();
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(500));
/*模擬消耗商品*/
System.out.println(goods);
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(500));
}
catch(InterruptedException e){
}
}
System.out.println(
"customer "
+ Thread.currentThread().getName()
+ " is over");
}
}
/*=================定義生產(chǎn)者線程==================*/
public class ProducerThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
while(productNum.getAndIncrement() < TOTAL_NUM){
try {
int x = pn.getAndIncrement();
Goods goods = null;
/*根據(jù)序號(hào)產(chǎn)生不同的商品*/
switch(x%3){
case 0 : goods = new Goods("A", 1, x);
break;
case 1 : goods = new Goods("B", 2, x);
break;
case 2 : goods = new Goods("C", 3, x);
break;
}
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(500));
/*產(chǎn)生的新產(chǎn)品入列,隊(duì)列滿時(shí)發(fā)生阻塞*/
lbq.put(goods);
/*隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間*/
Thread.sleep(rnd.nextint(500));
}
catch (InterruptedException e1) {
/*什么都不做*/
}
}
System.out.println(
"producter "
+ Thread.currentThread().getName()
+ " is over ");
}
}
/*=================main==================*/
public static void main(String[] args){
LinkedBlockingQueueDemo lbqd = new LinkedBlockingQueueDemo();
Runnable c = lbqd.new CustomerThread();
Runnable p = lbqd.new ProducerThread();
ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
es.execute(c);
es.execute(c);
es.execute(c);
es.execute(p);
es.execute(p);
es.execute(p);
es.shutdown();
System.out.println("main Thread is over");
}
}
總結(jié)
以上就是本文關(guān)于Java多線程中不同條件下編寫生產(chǎn)消費(fèi)者模型方法介紹的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站：
Java設(shè)計(jì)模式之代理模式原理及實(shí)現(xiàn)代碼分享
Java設(shè)計(jì)模式之訪問者模式使用場景及代碼示例
如有不足之處，歡迎留言指出。
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