生产者-消费者模型的Java实现

生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作有界缓冲区（bounded-buffer）问题，两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者，用于将消息放入缓冲区；另外一个是消费者，用于从缓冲区中取出消息。问题出现在当缓冲区已经满了，而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情形，其解决方法是让生产者此时进行休眠，等待消费者从缓冲区中取走了一个或者多个数据后再去唤醒它。同样地，当缓冲区已经空了，而消费者还想去取消息，此时也可以让消费者进行休眠，等待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。

一，首先定义公共资源类，其中的变量number是保存的公共数据。并且定义两个方法，增加number的值和减少number的值。由于多线程的原因，必须加上synchronized关键字，注意while判断的条件。

/**
* 公共资源类
*/
public class PublicResource {

public int number = 0;

/**
* 增加公共资源
*/
public synchronized void produce() {

while (number == 10) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}

number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产：" + number);
notify();
}

/**
* 减少公共资源
*/
public synchronized void consume() {

while (number == 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}

number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费：" + number);
notify();
}
}

二，分别定义生产者线程和消费者线程，并模拟多次生产和消费，即增加和减少公共资源的number值

/**
* 生产者线程，负责生产公共资源
*/
public class ProducerThread implements Runnable {

private PublicResource resource;

public ProducerThread(PublicResource resource) {
this.resource = resource;
}

@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub

for (int i = 0; i < 10; i++) {

try {
Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}

resource.produce();
}
}
}

/**
* 消费者线程，负责消费公共资源
*/
public class ConsumerThread implements Runnable {

private PublicResource resource;

public ConsumerThread(PublicResource resource) {
this.resource = resource;
}

@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub

for (int i = 0; i < 10; i++) {

try {
Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}

resource.consume();
}
}
}

三，模拟多个生产者和消费者操作公共资源的情形，结果须保证是在允许的范围内。

public class ProducerConsumerTest {

public static void main(String[] args) {

PublicResource resource = new PublicResource();

new Thread(new ProducerThread(resource),"producter1").start();
new Thread(new ConsumerThread(resource),"consumer1").start();
}
}

四，输出

producter1生产：1
consumer1消费：0
producter1生产：1
consumer1消费：0
producter1生产：1
consumer1消费：0
producter1生产：1
producter1生产：2
consumer1消费：1
producter1生产：2
producter1生产：3
consumer1消费：2
consumer1消费：1
producter1生产：2
producter1生产：3
consumer1消费：2
consumer1消费：1
producter1生产：2
consumer1消费：1
consumer1消费：0

案例2：

/**
* 仓库类Storage实现缓冲区
*
*/
public class Storage {

// 仓库最大存储量
private final int MAX_SIZE = 100;

// 仓库存储的载体
private LinkedList<Object> list = new LinkedList<Object>();

// 生产num个产品
public void produce(int num) {

synchronized (list) {

// 如果仓库剩余容量不足
while (list.size() + num > MAX_SIZE) {
System.out.println("【要生产的产品数量】:" + num + "\t【库存量】:"
+ list.size() + "\t暂时不能执行生产任务!");
try {
// 由于条件不满足，生产阻塞
list.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

// 生产条件满足情况下，生产num个产品
for (int i = 1; i <= num; ++i) {
list.add(new Object());
}

System.out.println("【已经生产产品数】:" + num + "\t【现仓储量为】:" + list.size());

list.notifyAll();
}
}

// 消费num个产品
public void consume(int num) {

synchronized (list) {

// 如果仓库存储量不足
while (list.size() < num) {
System.out.println("【要消费的产品数量】:" + num + "\t【库存量】:"
+ list.size() + "\t暂时不能执行生产任务!");
try {
// 由于条件不满足，消费阻塞
list.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

// 消费条件满足情况下，消费num个产品
for (int i = 1; i <= num; ++i) {
list.remove();
}

System.out.println("【已经消费产品数】:" + num + "\t【现仓储量为】:" + list.size());

list.notifyAll();
}
}
}

public class Producer extends Thread {

// 每次生产的产品数量
private int num;

// 所在放置的仓库
private Storage storage;

// 构造函数，设置仓库
public Producer(Storage storage) {
this.storage = storage;
}

public int getNum() {
return num;
}

public void setNum(int num) {
this.num = num;
}

@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
storage.produce(num);
}
}

public class Consumer extends Thread {

// 每次消费的产品数量
private int num;

// 所在放置的仓库
private Storage storage;

// 构造函数，设置仓库
public Consumer(Storage storage) {
this.storage = storage;
}

public int getNum() {
return num;
}

public void setNum(int num) {
this.num = num;
}

@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
storage.consume(num);
}
}

public class Test {

public static void main(String[] args) {

// 仓库对象
Storage storage = new Storage();

// 生产者对象
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);

// 消费者对象
Consumer c1 = new Consumer(storage);
Consumer c2 = new Consumer(storage);
Consumer c3 = new Consumer(storage);

// 设置生产者产品生产数量
p1.setNum(10);
p2.setNum(10);
p3.setNum(10);
p4.setNum(10);
p5.setNum(10);
p6.setNum(10);
p7.setNum(80);

// 设置消费者产品消费数量
c1.setNum(50);
c2.setNum(20);
c3.setNum(30);

// 线程开始执行
c1.start();
c2.start();
c3.start();
p1.start();
p2.start();
p3.start();
p4.start();
p5.start();
p6.start();
p7.start();
}
}

OutPut：

【要消费的产品数量】:50	【库存量】:0	暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10	【现仓储量为】:10
【要消费的产品数量】:50	【库存量】:10	暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10	【现仓储量为】:20
【要消费的产品数量】:30	【库存量】:20	暂时不能执行生产任务!
【已经消费产品数】:20	【现仓储量为】:0
【已经生产产品数】:10	【现仓储量为】:10
【已经生产产品数】:10	【现仓储量为】:20
【要消费的产品数量】:30	【库存量】:20	暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:50	【库存量】:20	暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10	【现仓储量为】:30
【要消费的产品数量】:50	【库存量】:30	暂时不能执行生产任务!
【已经消费产品数】:30	【现仓储量为】:0
【已经生产产品数】:80	【现仓储量为】:80
【已经生产产品数】:10	【现仓储量为】:90
【已经消费产品数】:50	【现仓储量为】:40