【Java多线程手写代码】（五）：如何优雅的实现生产者、消费者

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原创最新推荐文章于 2026-05-18 22:28:47 发布 757 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

生产者-消费者模式：Java多线程通信的经典实践本文探讨了多线程编程中的生产者-消费者模式及其在字符串拼接中的应用。首先分析了线程间通信的必要性及面临的竞态条件、内存可见性等挑战。然后详细介绍了Java通过synchronized、wait()、notify()等机制实现线程安全的方法。重点展示了改进版生产者-消费者模式的实现，包括共享队列、多生产者/消费者线程管理、优雅停止机制等。该方案采用BlockingQueue简化同步操作，支持输入终止信号，并通过StringBuilder线程安全地拼接字符串，为异步字符串处理提供了可靠解决方案。阅读详情

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前言

生产者-消费者模式是一个十分经典的多线程并发协作的模式，弄懂生产者-消费者问题能够让我们对并发编程的理解加深。所谓生产者-消费者问题，实际上主要是包含了两类线程，一种是生产者线程用于生产数据，另一种是消费者线程用于消费数据，为了解耦生产者和消费者的关系，通常会有一个共享的数据区域，就像是一个仓库，生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为；而消费者只需要从共享数据区中去获取数据，就不再需要关心生产者的行为。但是，这个共享数据区域中应该具备这样的线程间并发协作的功能：

如果共享数据区已满的话，阻塞生产者继续生产数据放置入内；
如果共享数据区为空的话，阻塞消费者继续消费数据；

在实现生产者消费者问题时，可以采用三种方式：

基于Object的wait/notify的消息通知机制。
基于ReentrantLock 和Condition的await/signal的消息通知机制。
基于BlockingQueue实现。

本文主要将对后两种实现方式进行总结归纳。

通过ReentrantLock 和Condition的await/signalAll机制实现

参照Object的wait和notify/notifyAll方法，Condition也提供了同样的方法：

针对wait方法

void await() throws InterruptedException：当前线程进入等待状态，如果其他线程调用condition的signal或者signalAll方法并且当前线程获取Lock从await方法返回，如果在等待状态中被中断会抛出被中断异常；

long awaitNanos(long nanosTimeout)：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者超时；

boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException：同第二种，支持自定义时间单位

boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者到了某个时间

针对notify方法

void signal()：唤醒一个等待在Condition上的线程，将该线程从等待队列中转移到同步队列中，如果在同步队列中能够竞争到Lock则可以从等待方法中返回。

void signalAll()：与signal的区别在于能够唤醒所有等待在Condition上的线程。

public class Main {
    private static final ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("Main-%d").build();

    private static final ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 100L, TimeUnit.MILLISECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private static Condition full = lock.newCondition();
    private static Condition empty = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        LinkedList linkedList = new LinkedList();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.submit(new Producer(linkedList, 8, lock));
        }
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.submit(new Consumer(linkedList, lock));
        }
    }

    static class Producer implements Runnable {
        private List<Integer> list;
        private int maxSize;
        private Lock lock;

        public Producer(List list, int maxSize, Lock lock) {
            this.list = list;
            this.maxSize = maxSize;
            this.lock = lock;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (; ; ) {
                lock.lock();
                try {
                    while (list.size() >= maxSize) {
                        System.out.println("Producer " + Thread.currentThread().getName() + " has reached maximum size!");
                        full.await();
                    }
                    Random random = new Random();
                    Integer element = random.nextInt();
                    list.add(element);
                    System.out.println("Producer " + Thread.currentThread().getName() + "  produce message：" + element);
                    empty.signalAll();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }

    static class Consumer implements Runnable {
        private List<Integer> list;
        private Lock lock;

        public Consumer(List list, Lock lock) {
            this.list = list;
            this.lock = lock;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (; ; ) {
                lock.lock();
                try {
                    while (list.isEmpty()) {
                        System.out.println("Consumer " + Thread.currentThread().getName() + " unable get message from empty queue!");
                        empty.await();
                    }
                    Integer element = list.remove(0);
                    System.out.println("Consumer " + Thread.currentThread().getName() + "  consume message：" + element);
                    full.signalAll();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
}

通过BlockingQueue实现

由于BlockingQueue内部实现就附加了两个阻塞操作。即当队列已满时，阻塞向队列中插入数据的线程，直至队列中未满；当队列为空时，阻塞从队列中获取数据的线程，直至队列非空时为止。可以利用BlockingQueue实现生产者-消费者为题，阻塞队列完全可以充当共享数据区域，就可以很好的完成生产者和消费者线程之间的协作。

public class Main {
    private static final ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("Main-%d").build();

    private static final ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 100L, TimeUnit.MILLISECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    private static LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>();

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.submit(new Producer(queue));
        }
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executorService.submit(new Consumer(queue));
        }
    }

    static class Producer implements Runnable {
        private BlockingQueue queue;

        public Producer(BlockingQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                for (; ; ) {
                    Random random = new Random();
                    int element = random.nextInt();
                    System.out.println("Producer " + Thread.currentThread().getName() + "  produce message：" + element);
                    queue.put(element);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    static class Consumer implements Runnable {
        private BlockingQueue queue;

        public Consumer(BlockingQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                for (; ; ) {
                    Integer element = (Integer) queue.take();
                    System.out.println("Consumer " + Thread.currentThread().getName() + "  consume message：" + element);
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}