生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问 题,该问题最早由Dijkstra提出。用以演示他提出的信号量机制。在同一个进程地址空间内运行的两个线程生产者线程生产物品,然后将物品放置在一个空 缓冲区中供消费者线程消费。消费者线程从缓冲区中获得物品,然后释放缓冲区。当生产者线程生产物品时,假设没有空缓冲区可用。那么生产者线程必须等待消费 者线程释放出一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时。假设没有满的缓冲区,那么消费者线程将被堵塞。直到新的物品被生产出来。
生产者消费者模式是并发、多线程编程中经典的设计模式, 生产者和消费者通过分离的运行工作解耦。简化了开发模式。生产者和消费者能够以不同的速度生产和消费数据。这篇文章我们来看看什么是生产者消费者模式,这 个问题也是多线程面试题中常常被提及的,使用生产者消费者模式的优点。
真实世界中的生产者消费者模式
生产者和消费者模式在生活其中随处可见,它描写叙述的是协调与协作的关系。比方一个人正在准备食物(生产者),而还有一个人正在吃(消费者),他们使用一个共用 的桌子用于放置盘子和取走盘子,生产者准备食物。假设桌子上已经满了就等待。消费者(那个吃的)等待假设桌子空了的话。这里桌子就是一个共享的对象。在 Java Executor框架自身实现了生产者消费者模式它们分别负责加入和运行任务。
它的确是一种有用的设计模式,经常使用于编写多线程或并发代码。
以下是它的一些长处:
1它简化的开发,你能够独立地或并发的编写消费者和生产者。它只只需知道共享对象是谁
2生产者不须要知道谁是消费者或者有多少消费者。对消费者来说也是一样
3生产者和消费者能够以不同的速度运行
4分离的消费者和生产者在功能上能写出更简洁、可读、易维护的代码
生产者消费者问题是一个流行的面试题,面试官会要求你实现生产者消费者设计模式,以至于能让生产者应等待假设队列或篮子满了的话。消费者等待假设队列或者 篮子是空的。这个问题能够用不同的方式来现实,经典的方法是使用wait和notify方法在生产者和消费者线程中合作,在队列满了或者队列是空的条件下 堵塞,Java5的堵塞队列(BlockingQueue)数据结构更简单,由于它隐含的提供了这些控制,尽管如今你不须要使用wait和nofity在生产 者和消费者之间通信了,堵塞队列的put()方法将堵塞假设队列满了。队列take()方法将堵塞假设队列是空的。
在下部分我们看看jdk5之前怎么用java实现生产者和消费者模式。
以下我就用吃包子者样例
生产者:包子生产者(多个)。一次生产一个包子,生产的时间是随机的
缓存区:装包子的篮子(一个),样例里我限定篮子最多能装5个。篮子里面最上面的包子会被先吃掉。所以这用到了数据结构里面的栈,先进后出
消费者:吃包子的消费者(多个),一次仅仅能吃个包子,吃的时间也是随机的
篮子满了生产者就不能够往篮子里放包子,必须得等到篮子不是满的
篮子空了消费者不能够继续吃包子,得等到篮子有包子才干拿包子吃
代码例如以下
package com.eyugame.test; import java.util.Arrays; import java.util.Random; /** * 生产者消费者模式 样例:生产包子者(生产者),吃包子者(消费者),放包子的篮子(栈结构,先进后出。由于篮子里面上面的包子会被先吃掉) * * @author JYC506 * */ /* 放包子的篮子 */ public class StackPack { /* 篮子的大小 */ private int maxSize; /* 用来存放包子的数组 */ private Object[] data; /* 最上面包子的位置 */ private int top; /* 构造方法 */ public StackPack(int maxSize) { this.maxSize = maxSize; this.data = new Object[maxSize]; this.top = -1; } /** * 从篮子拿出一个包子 * @param eaterName 包子消费者的名字 * @return */ public synchronized Object eat(String eaterName) { /* 假设篮子为空就等到篮子有包子为止 */ while (this.isEmpty()) { System.out.println("篮子空了++++++++++消费者"+eaterName+"得等一下再吃了"); try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } this.notify(); Object object = data[top]; data[top]=null; System.out.println(eaterName+"吃了"+object); top--; return object; } /** * 加入包子 * @param object 包子 * @param name 生产者的名称 * @return */ public synchronized boolean add(Object object,String name) { /* 假设篮子满了就等到篮子能够放包子为止 */ while (this.isFull()) { System.out.println("篮子满了-----------生产者"+name+"要等一下再生产"); try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } this.notify(); if (object != null) { this.top++; data[top] = object; this.show(); return true; } return false; } /* 推断篮子是否为空 */ private boolean isEmpty() { return this.top == -1; } /* 推断篮子是否满了 */ private boolean isFull() { return this.top == maxSize - 1; } private void show(){ System.out.println("篮子里面的包子:"+Arrays.toString(data)); } public static void main(String[] args) { /* 创建装包子的篮子 */ StackPack stackPack = new StackPack(5); /* 创建两个生产者,生产的包子放stackPack这个篮子。满了就不能再生产得等 */ BunHandler bunProducer1 = new BunProducer(stackPack,"A"); BunHandler bunProducer2 = new BunProducer(stackPack,"B"); /* 创建3个消费者,吃stackPack篮子里面的包子,篮子假设没有包子得等 */ BunHandler bunCustomer1 = new BunCustomer(stackPack,"a"); BunHandler bunCustomer2 = new BunCustomer(stackPack,"b"); BunHandler bunCustomer3 = new BunCustomer(stackPack,"c"); /* 生产者開始生产包子 */ bunProducer1.start(); bunProducer2.start(); /* 消费者開始吃包子 */ bunCustomer1.start(); bunCustomer2.start(); bunCustomer3.start(); } } /* 生产者:生产包子的生产者 */ class BunProducer extends BunHandler { /* 构造方法 */ public BunProducer(StackPack stackPack, String name) { super(stackPack, name); } /** * 随机时间生产包子 */ @Override void toDo() { try { while (true) { this.stackPack.add("包子" + name,name); Thread.sleep(this.random.nextInt(2000) + 1000); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } /* 消费者:吃包子的消费者 */ class BunCustomer extends BunHandler { /*构造方法*/ public BunCustomer(StackPack stackPack, String name) { super(stackPack, name); } /** * 假设篮子没空的话1到3秒随机时间吃一个 */ @Override void toDo() { try { while (true) { this.stackPack.eat(this.name); Thread.sleep(this.random.nextInt(4000) + 2000); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } /*跟包子有关的抽象对象*/ abstract class BunHandler extends Thread { /* 用来产生随机时间 */ Random random = new Random(); /* 从指定篮子拿包子 */ StackPack stackPack; /* 名称 */ String name; /** * * @param stackPack 篮子 * @param name 有关对象的名称 */ public BunHandler(StackPack stackPack, String name) { this.stackPack = stackPack; this.name=name; } @Override public void run() { this.toDo(); } abstract void toDo(); }測试结果