Java線程：併發協做-生產者消費者模型

Java線程：併發協做-生產者消費者模型

 

對於多線程程序來講，無論任何編程語言，生產者和消費者模型都是最經典的。就像學習每一門編程語言同樣，Hello World！都是最經典的例子。

 

實際上，準確說應該是「生產者-消費者-倉儲」模型，離開了倉儲，生產者消費者模型就顯得沒有說服力了。

對於此模型，應該明確一下幾點：

一、生產者僅僅在倉儲未滿時候生產，倉滿則中止生產。

二、消費者僅僅在倉儲有產品時候才能消費，倉空則等待。

三、當消費者發現倉儲沒產品可消費時候會通知生產者生產。

四、生產者在生產出可消費產品時候，應該通知等待的消費者去消費。

 

此模型將要結合java.lang.Object的wait與notify、notifyAll方法來實現以上的需求。這是很是重要的。

 

/**
* Java線程：併發協做-生產者消費者模型
*
* @author leizhimin 2009-11-4 14:54:36
*/
public class Test {
         public static void main(String[] args) {
                Godown godown = new Godown(30);
                Consumer c1 = new Consumer(50, godown);
                Consumer c2 = new Consumer(20, godown);
                Consumer c3 = new Consumer(30, godown);
                Producer p1 = new Producer(10, godown);
                Producer p2 = new Producer(10, godown);
                Producer p3 = new Producer(10, godown);
                Producer p4 = new Producer(10, godown);
                Producer p5 = new Producer(10, godown);
                Producer p6 = new Producer(10, godown);
                Producer p7 = new Producer(80, godown);

                c1.start();
                c2.start();
                c3.start();
                p1.start();
                p2.start();
                p3.start();
                p4.start();
                p5.start();
                p6.start();
                p7.start();
        }
}

/**
* 倉庫
*/
class Godown {
         public static final int max_size = 100; //最大庫存量
         public int curnum;     //當前庫存量

        Godown() {
        }

        Godown( int curnum) {
                 this.curnum = curnum;
        }

         /**
         * 生產指定數量的產品
         *
         * @param neednum
         */
         public synchronized void produce( int neednum) {
                 //測試是否須要生產
                 while (neednum + curnum > max_size) {
                        System.out.println( "要生產的產品數量" + neednum + "超過剩餘庫存量" + (max_size - curnum) + "，暫時不能執行生產任務!");
                         try {
                                 //當前的生產線程等待
                                wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                        }
                }
                 //知足生產條件，則進行生產，這裏簡單的更改當前庫存量
                curnum += neednum;
                System.out.println( "已經生產了" + neednum + "個產品，現倉儲量爲" + curnum);
                 //喚醒在此對象監視器上等待的全部線程
                notifyAll();
        }

         /**
         * 消費指定數量的產品
         *
         * @param neednum
         */
         public synchronized void consume( int neednum) {
                 //測試是否可消費
                 while (curnum < neednum) {
                         try {
                                 //當前的生產線程等待
                                wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                        }
                }
                 //知足消費條件，則進行消費，這裏簡單的更改當前庫存量
                curnum -= neednum;
                System.out.println( "已經消費了" + neednum + "個產品，現倉儲量爲" + curnum);
                 //喚醒在此對象監視器上等待的全部線程
                notifyAll();
        }
}

/**
* 生產者
*/
class Producer extends Thread {
         private int neednum;                 //生產產品的數量
         private Godown godown;             //倉庫

        Producer( int neednum, Godown godown) {
                 this.neednum = neednum;
                 this.godown = godown;
        }

         public void run() {
                 //生產指定數量的產品
                godown.produce(neednum);
        }
}

/**
* 消費者
*/
class Consumer extends Thread {
         private int neednum;                 //生產產品的數量
         private Godown godown;             //倉庫

        Consumer( int neednum, Godown godown) {
                 this.neednum = neednum;
                 this.godown = godown;
        }

         public void run() {
                 //消費指定數量的產品
                godown.consume(neednum);
        }
}

 

已經生產了10個產品，現倉儲量爲40
已經生產了10個產品，現倉儲量爲50
已經消費了50個產品，現倉儲量爲0
已經生產了80個產品，現倉儲量爲80
已經消費了30個產品，現倉儲量爲50
已經生產了10個產品，現倉儲量爲60
已經消費了20個產品，現倉儲量爲40
已經生產了10個產品，現倉儲量爲50
已經生產了10個產品，現倉儲量爲60
已經生產了10個產品，現倉儲量爲70

Process finished with exit code 0

 

說明：

對於本例，要說明的是當發現不能知足生產或者消費條件的時候，調用對象的wait方法，wait方法的做用是釋放當前線程的所得到的鎖，並調用對象的notifyAll() 方法，通知（喚醒）該對象上其餘等待線程，使得其繼續執行。這樣，整個生產者、消費者線程得以正確的協做執行。

notifyAll() 方法，起到的是一個通知做用，不釋放鎖，也不獲取鎖。只是告訴該對象上等待的線程「能夠競爭執行了，都醒來去執行吧」。

 

本例僅僅是生產者消費者模型中最簡單的一種表示，本例中，若是消費者消費的倉儲量達不到知足，而又沒有生產者，則程序會一直處於等待狀態，這固然是不對的。實際上能夠將此例進行修改，修改成，根據消費驅動生產，同時生產兼顧倉庫，若是倉不滿就生產，並對每次最大消費量作個限制，這樣就不存在此問題了，固然這樣的例子更復雜，更難以說明這樣一個簡單模型。

 

我喜歡簡單的例子。