生产者消费者问题-代码详解(Java多线程)

简介: 你好我是辰兮,很高兴你能来阅读,本篇是整理了Java多线程中常见的生产者消费者问题,也是面试手写代码的高频问题,分享获取新知,大家共同进步!

一、生产者消费者问题

生产者消费者问题(英语:Producer-consumer problem),也称有限缓冲问题(英语:Bounded-buffer problem),是一个多线程同步问题的经典案例。

该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。

在这里插入图片描述
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。


生产消费者模型

  生产者消费者模型具体来讲,就是在一个系统中,存在生产者和消费者两种角色,他们通过内存缓冲区进行通信,生产者生产消费者需要的资料,消费者把资料做成产品。生产消费者模式如下图。

在这里插入图片描述


二、代码实现

案例如下

在这里插入图片描述
 首先定义一个类 ,这个类创建一个长度为5的数组,然后用synchronized同步锁实现生产数据和消费数据两个方法,两个方法中分别有 wait()和notify();

public class Resources {

    private int[] arr = new int[5];
    private int count = 0;

    /**
     * 生产一个数据
     */
    synchronized public void product() throws Exception {
        if(count == arr.length) {
            wait();
        }else {
            int m =  (int)Math.floor(Math.random()*10+1) ;
            arr[count] = m;
            count ++ ;
            System.out.println("生产:"+m);
            //唤醒消费者
            notify();
        }
    }

    /**
     * 消费一个数据
     */
    synchronized public void consume() throws Exception {
        if(count == 0) {
            wait();
        }else {
            int n = arr[count-1];
            arr[count-1] = 0;
            count--;
            System.out.println("消费:"+n);
            //唤醒生产者
            notify();
        }
    }
}

 然后创建生产者线程,引入刚刚的对象,用刚刚的对象调用生产的方法

public class ProduceThread extends Thread {
    private Resources r;
    public ProduceThread(Resources r) {
        this.r = r;
    }
    public void run() {
        try {
            while(true) {
                r.product();
                Thread.sleep(1);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 然后创建消费者线程,同样引入Resources对象,然后再用这个对象调用消费数据的方法

public class ConsumerThread extends Thread {
    private Resources r;
    public ConsumerThread(Resources r) {
        this.r = r;
    }
    public void run() {
        try {
            while(true) {
                r.consume();
                Thread.sleep(1);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 测试类开始测试

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Resources r = new Resources();

        ProduceThread t1 = new ProduceThread(r);
        ConsumerThread t2 = new ConsumerThread(r);

        t1.start();
        t2.start();
    }

}

在main方法中,开启消费者和生产者线程。因为生产者和消费者用的是同一个对象的不同synchronized方法,所以两个线程会产生producterAndConsumer 对象锁的竞争

生产:4
消费:4
生产:7
消费:7
生产:8
生产:4
消费:4
消费:8
生产:4
消费:4
生产:2
消费:2
生产:8
生产:5
消费:5
消费:8
生产:3
生产:1
.....//无休止

三、拓展知识

1、为什么wait, notify 和 notifyAll这些方法不在thread类里面?

 ①JAVA提供的锁是对象级的而不是线程级的(如我例子中的list,list是对象),每个对象都有锁,通过线程获得。

 ②如果线程需要等待某些锁那么调用对象中的wait()方法就有意义了。如果wait()方法定义在Thread类中,线程正在等待的是哪个锁就不明显了。

 ③简单的说,由于wait,notify和notifyAll都是锁级别的操作,所以把他们定义在Object类中因为锁属于对象。


补充:如何理解Java 中每个对象都有个锁?

在Java语言中,每一个对象有一把锁。线程可以使用synchronized关键字来获取对象上的锁。

java允许多线程并发控制,当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时(如数据的增删改查),将会导致数据不准确,相互之间产生冲突,因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前,被其他线程的调用,从而保证了该变量的唯一性和准确性。


2、java中notify 和 notifyAll有什么区别?

notify()notifyAll()的共同点:

均能唤醒正在等待的线程,并且均是最后只有一个线程获取资源对象的锁。

 notify()notifyAll()的不同点:

notify() 只能唤醒一个线程,而notifyall()能够唤醒所有的线程,当线程被唤醒以后所有被唤醒的线程竞争获取资源对象的锁,其中只有一个能够得到对象锁,执行代码。注意:wait()方法并不是在等待资源的锁,而是在等待被唤醒。


3、未完待续.


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