基于生产者-消费者模式的并行计算（Java 实现）

目录

一、前言

二、任务目标

三、技术方案

使用Java实现生产者-消费者模式

四、代码实现

1.生产者类代码

2.消费者类代码

3.缓冲区类代码

4.主类

五、结果与分析

总结

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一、前言

        在分布式与并行计算课程中，生产者-消费者模式是一种经典的线程间通信机制。本实验旨在

通过该模式体验多线程编程，并探索不同线程数对程序性能的影响。

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二、任务目标

• 使用一个生产者线程生成 1000000 个大于20亿的随机数。
• 使用消费者线程判断这些随机数是否为素数。
• 记录不同线程数量下程序的运行时间，对比性能。

实分为三个部分：

• 实验一：1 个生产者，1 个消费者。
• 实验二：1 个生产者，2 个消费者。
• 实验三：2 个生产者，4 个消费者。

三、技术方案

使用Java实现生产者-消费者模式

• 生产者类：生成大于 20亿 的随机数。[生产者类负责生成大整数，并且将它们放入缓冲区]
• 消费者类：判断是否为素数。[消费者类从缓冲区中提取数字，并判断其是否为素数，最终统计素数的数量]
• 缓冲区类：使用 BlockingQueue 类实现。[使用阻塞队列来充当生产者与消费者的共享缓冲区，保证线程安全。采用 LinkedBlockingQueue 作为队列的具体实现] 
• 主类·：负责启动生产者和消费者线程，记录程序运行时间，并通过特殊“终止信号”通知消费者停止运行。
• 特殊终止信号：在生产者结束生产时，向缓冲区中插入一个特殊的标志(如-1)，消费者在接收到该标志后推出循环，从而避免死循环问题。

四、代码实现

1.生产者类代码

import java.util.Random;

public class Producer implements Runnable {
    private final Buffer buffer;
    private final int totalNumbers;

    public Producer(Buffer buffer, int totalNumbers) {
        this.buffer = buffer;
        this.totalNumbers = totalNumbers;
    }

    @Override
    public void run() {
        Random random = new Random();
        try {
            for