java同步和互斥的应用：生产者消费者之爸爸妈妈儿子女儿苹果橘子编程实现

转自：http://blog.youkuaiyun.com/chunqiuwei/article/details/7622008

 

一、转载原文

在《java 同步和互斥程序说明》这篇文章的基础上，来实现下面的程序

桌上有一个空盘子，只允许放一个水果。爸爸可以向盘中放苹果，也可以向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时，一次只能放一只水果。

下面是程序的具体实现代码，在写这个程序的时候，有点小问题，纠结了很长时间，于是在csdn论坛上发表帖子终于得到了解决

先说说涉及到的类的作用，首先Fruits作为一个水果的父类，Apple和Orange是Fruits类的扩展类。CriticalResources类是临界资源类，作为缓冲区用，里面封装了数组大小为一的Fruits数组，可以看成“盘子”；ProducerOrange为生产橘子的类 ProducerApple为生产桔子的类 ConsumerApple（消费苹果的类） ConsumerOrange（消费桔子的类）

水果类代码如下

public class Fruits {
	private String name;

	public Fruits(String name) {
		this.name = name;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return name;
	}

	public Fruits() {
		super();
	}

} 

 

苹果类：

public class Apple extends Fruits {

	public Apple(String name) {
		super(name);
	}

	public Apple() {
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}

}

桔子类：

public class Orange extends Fruits {


public Orange(String name) {
super(name);

}


public Orange() {
// TODO Auto-generated constructor stub
}


}

 

下面是作为缓冲区盘子的代码

public class CriticalResources {
	private int index = 0;
	private static Fruits[] fruites = new Fruits[1];// 默认临界区有五个商品
	private ProducerApple pa = new ProducerApple(this);
	private ProducerOrange po = new ProducerOrange(this);
	private ConsumerApple ca = new ConsumerApple(this);
	private ConsumerOrange co = new ConsumerOrange(this);

	/**
	 * 向临界资源里添加商品 利用synchronized关键字实现同步 添加后数组指针+1
	 * 如果临界资源数组里面装满了商品不能再生产，则生产线程等待以便让消费者消费
	 * 
	 * @param goods
	 */
	public synchronized void push(Fruits goods) {
		//
		while (this.index == this.fruites.length) {
			try {
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}

		this.notifyAll();// 唤醒生产者
		this.fruites[index++] = goods;

	}

	/**
	 * 从临界资源里拿商品，先减一后返回 如果index==0说明， 临界资源数组里面没有商品，不能在消费 消费线程阻塞， 让生产者生产 则让生产者
	 * 
	 * @return
	 */
	public synchronized Fruits pop() {
		while (this.index == 0) {
			try {
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}

		this.notifyAll();// 唤醒消费者
		return fruites[--index];

	}

	/**
	 * 看看是不是空了
	 * 
	 * @return
	 */
	public synchronized Fruits peek() {
		if (this.index == 0)
			return null;
		else
			return fruites[index - 1];
	}

	public int getIndex() {
		return index;
	}

	public void setIndex(int index) {
		this.index = index;
	}

	public Fruits[] getFruites() {
		return fruites;
	}

}

下面是生产桔子和消费桔子的代码

 

/**
 * 生产苹果的生产者
 * 
 * @author Arthur
 * 
 */
public class ProducerApple implements Runnable {
	private CriticalResources cr = null;// 封装一个临界资源对象，以便生产

	public ProducerApple(CriticalResources cr) {
		super();
		this.cr = cr;
	}

	private int count = 5;

	@Override
	public void run() {
		while (count-- > 0)
			synchronized (cr) {
				while ((cr.peek() != null)) {
					try {
						cr.wait();// 缓冲区满，该生产者等待
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				// 如果不加锁，此处容易被打断
				Fruits fruits = new Apple("苹果");
				cr.push(fruits);
				System.out.println("苹果生产商生产了" + fruits);
				cr.notifyAll();
			}

	}

}

 

/**
 * 消费苹果的消费者
 * 
 * @author Arthur
 * 
 */
public class ConsumerApple implements Runnable {
	private CriticalResources cr = null;// 封装一个临界资源对象，以便消费

	public ConsumerApple(CriticalResources cr) {
		super();
		this.cr = cr;
	}
int count = 5;
	@Override
	public void run() {
		 while(count-->0)
	            synchronized (cr) {
	                while (!(cr.peek() instanceof Apple) ) {
	                    try {
	                        cr.wait();
	                    } catch (InterruptedException e) {
	                        e.printStackTrace();
	                    }
	                }
	                Fruits fruits = cr.pop();

	                System.out.println("----苹果消费者消费了-------" + fruits);
	                cr.notifyAll();
	                
	            }


	}
}

 

桔子生产者与消费者代码：

public class ProducerOrange implements Runnable {
	CriticalResources cr = null;

	public ProducerOrange(CriticalResources cr) {
		super();
		this.cr = cr;
	}
	int count = 5; //做5次

	@Override
	public void run() {
		 while(count-->0)
		        synchronized (cr) {
		            while (cr.peek() != null) {
		                try {
		                    cr.wait();// 该生产这等待
		                } catch (InterruptedException e) {
		                    // TODO Auto-generated catch block
		                    e.printStackTrace();
		                }
		            }
		            Fruits fruits = new Orange("橘子");
		            cr.push(fruits);
		            System.out.println("橘子生产商生产了" + fruits);
		            cr.notifyAll();
		        }

	}

}

 

/**
 * 消费橘子的消费者
 * 
 * @author Administrator
 * 
 */
public class ConsumerOrange implements Runnable {

	private CriticalResources cr = null;// 封装一个临界资源对象，以便消费

	public ConsumerOrange(CriticalResources cr) {
		super();
		this.cr = cr;
	}

	int count = 5;

	@Override
	public void run() {

		while (count-- > 0)
			// 如果缓冲区是苹果
			synchronized (cr) {
				while (!(cr.peek() instanceof Orange)) {
					try {
						cr.wait();// 该消费者等待
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}
				}
				Fruits fruits = cr.pop();

				System.out.println("----橘子消费者消费了-------" + fruits);
				cr.notifyAll();
			}

	}

}

 

 

客户端代码

public class Client {

	  /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        CriticalResources cr = new CriticalResources();
        // 生产苹果实例
        ProducerApple appleP = new ProducerApple(cr);
        // 消费苹果实例
        ConsumerApple appleC = new ConsumerApple(cr);

        // 橘子生产者实例
        ProducerOrange orangeP = new ProducerOrange(cr);
        // 橘子消费者实例
        ConsumerOrange orangeC = new ConsumerOrange(cr);
        // 生产苹果线程
        Thread pThread = new Thread(appleP);
        // 消费苹果线程
        Thread cThread = new Thread(appleC);
        // 生产橘子线程
        Thread pt = new Thread(orangeP);
        // 消费橘子线程
        Thread ct = new Thread(orangeC);

       

        pThread.start();
        cThread.start();
        pt.start();
        ct.start();
    }

}

 

 

运行结果

苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子

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二、扩展

以上代码中的苹果生产者、消费者，桔子生产者、消费者的类中的run()函数中的每次循环都会调用

cr.notifyAll();

我试着把这代去掉，发现运行结果是：

苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
苹果生产商生产了苹果
----苹果消费者消费了-------苹果
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子
橘子生产商生产了橘子
----橘子消费者消费了-------橘子

这是为什么呢？

（1） 我们先来看SDK对这个API的解释。

notifyAll用于唤醒在这个对象上等待的线程。一个线程通过调用等待方法来等待对象的监视器。

被唤醒的线程将会以 和其它可能完成此对象的同步的线程相同的方式完成.

 for example, the awakened threads enjoy no reliable privilege or disadvantage in being the next thread to lock this object.

 

（2）网上资料：

   在java多线程编程中，就要涉及到了对于资源的访问，当多个线程同时访问一个资源的时候就要涉及到一种访问策略。java提供了锁的机制，就是一个线程访问这个资源的时候可以先把这个资源锁住可以用synchronized(the object)来锁定the object，其他访问这个资源的线程就进入阻塞状态，直到当前的线程执行了这个对象的notify或者notifyall其他访问这个对象的阻塞状态的线程才有可能变成就绪状态。其中notify是唤醒一个线程，而notifyall是唤醒所有阻塞进程。