java 中怎么实现生产者消费者

今天就跟大家聊聊有关java 中怎么实现生产者消费者，可能很多人都不太了解，为了让大家更加了解，小编给大家总结了以下内容，希望大家根据这篇文章可以有所收获。

生产者消费者图

存储空间已满，而生产者占用着它，消费者等着生产者让出空间从而去除产品，生产者等着消费者消费产品，从而向空间中添加产品。互相等待，从而发生死锁。

生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的经典问题之一，它描述是有一块缓冲区作为仓库，生产者可以将产品放入仓库，消费者则可以从仓库中取走产品。解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：

（1）采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步；

（2）在生产者和消费者之间建立一个管道。

***种方式有较高的效率，并且易于实现，代码的可控制性较好，属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制，被传输数据对象不易于封装等，实用性不强。因此本文只介绍同步机制实现的生产者/消费者问题。

同步问题核心在于：如何保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常用的同步方法是采用信号或加锁机制， 保证资源在任意时刻至多被一个线程访问。Java语言在多线程编程上实现了完全对象化，提供了对同步机制的良好支持。在Java中一共有四种方法支持同 步，其中前三个是同步方法，一个是管道方法。

（1）wait() / notify()方法

（2）await() / signal()方法

（3）BlockingQueue阻塞队列方法

（4）PipedInputStream / PipedOutputStream

本文只介绍最常用的前两种种，第三、四种暂不做讨论，有兴趣的读者可以自己去网上找答案。

一、wait() / notify()方法

wait() / nofity()方法是基类Object的两个方法，也就意味着所有Java类都会拥有这两个方法，这样，我们就可以为任何对象实现同步机制。

wait()方法：当缓冲区已满/空时，生产者/消费者线程停止自己的执行，放弃锁，使自己处于等等状态，让其他线程执行。

notify()方法：当生产者/消费者向缓冲区放入/取出一个产品时，向其他等待的线程发出可执行的通知，同时放弃锁，使自己处于等待状态。

代码实现：

1、仓库类

import java.util.LinkedList;    /**   * 仓库类Storage实现缓冲区   *    * @author zcr   */   public class Storage   {       // 仓库***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      * @param num 生产产品的数量      */     public void produce(int num)       {           // 同步代码段           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      * @param num 消费产品数量      */     public void consume(int num)       {           // 同步代码段           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();           }       }          // get/set方法       public LinkedList<Object> getList()       {           return list;       }          public void setList(LinkedList<Object> list)       {           this.list = list;       }          public int getMAX_SIZE()       {           return MAX_SIZE;       }   }

2、生产者

/**   * 生产者类Producer继承线程类Thread   *    *    * @author zcr  *    */   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;       }          // 线程run函数       public void run()       {           produce(num);       }          // 调用仓库Storage的生产函数       public void produce(int num)       {           storage.produce(num);       }          // get/set方法       public int getNum()       {           return num;       }          public void setNum(int num)       {           this.num = num;       }          public Storage getStorage()       {           return storage;       }          public void setStorage(Storage storage)       {           this.storage = storage;       }   }

3、消费者

/**   * 消费者类Consumer继承线程类Thread   *    *    * @author zcr  *    */   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;       }          // 线程run函数       public void run()       {           consume(num);       }          // 调用仓库Storage的生产函数       public void consume(int num)       {           storage.consume(num);       }          // get/set方法       public int getNum()       {           return num;       }          public void setNum(int num)       {           this.num = num;       }          public Storage getStorage()       {           return storage;       }          public void setStorage(Storage storage)       {           this.storage = storage;       }   }

4、测试类

/**   * 测试类Test   * @author zcr  *    */   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();       }   }

5、结果：

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

看完上述代码，对wait() / notify()方法实现的同步有了了解。你可能会对Storage类中为什么要定义public void produce(int num);和public void consume(int num);方法感到不解，为什么不直接在生产者类Producer和消费者类Consumer中实现这两个方法，却要调用Storage类中的实现呢？淡定，后文会有解释。我们先往下走。

二、await() / signal()方法

在JDK5.0之后，Java提供了更加健壮的线程处理机制，包括同步、锁定、线程池等，它们可以实现更细粒度的线程控制。await()和 signal()就是其中用来做同步的两种方法，它们的功能基本上和wait() / nofity()相同，完全可以取代它们，但是它们和新引入的锁定机制Lock直接挂钩，具有更大的灵活性。通过在Lock对象上调用newCondition()方法，将条件变量和一个锁对象进行绑定，进而控制并发程序访问竞争资源的安全。

下面来看代码：

只需要更新仓库类Storage的代码即可，生产者Producer、消费者Consumer、测试类Test的代码均不需要进行任何更改。

仓库类

import java.util.LinkedList; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  /**  * 仓库类Storage实现缓冲区  *   *   * @author MONKEY.D.MENG 2011-03-15  *   */ public class Storage {     // 仓库***存储量     private final int MAX_SIZE = 100;      // 仓库存储的载体     private LinkedList<Object> list = new LinkedList<Object>();      // 锁     private final Lock lock = new ReentrantLock();      // 仓库满的条件变量     private final Condition full = lock.newCondition();      // 仓库空的条件变量     private final Condition empty = lock.newCondition();      // 生产num个产品     public void produce(int num)     {         // 获得锁         lock.lock();          // 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                 full.await();             }             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());          // 唤醒其他所有线程         full.signalAll();         empty.signalAll();          // 释放锁         lock.unlock();     }      // 消费num个产品     public void consume(int num)     {         // 获得锁         lock.lock();          // 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                 empty.await();             }             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());          // 唤醒其他所有线程         full.signalAll();         empty.signalAll();          // 释放锁         lock.unlock();     }      // set/get方法     public int getMAX_SIZE()     {         return MAX_SIZE;     }      public LinkedList<Object> getList()     {         return list;     }      public void setList(LinkedList<Object> list)     {         this.list = list;     } }

结果：

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

这样我们就知道为神马我要在Storage类中定义public void produce(int num);和public void consume(int num);方法，并在生产者类Producer和消费者类Consumer中调用Storage类中的实现了吧。将可能发生的变化集中到一个类中，不影响原有的构架设计，同时无需修改其他业务层代码。

看完上述内容，你们对java 中怎么实现生产者消费者有进一步的了解吗？如果还想了解更多知识或者相关内容，请关注亿速云行业资讯频道，感谢大家的支持。