生产者-消费者模型的Java实现

生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作有界缓冲区（bounded-buffer）问题，两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者，用于将消息放入缓冲区；另外一个是消费者，用于从缓冲区中取出消息。问题出现在当缓冲区已经满了，而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情形，其解决方法是让生产者此时进行休眠，等待消费者从缓冲区中取走了一个或者多个数据后再去唤醒它。同样地，当缓冲区已经空了，而消费者还想去取消息，此时也可以让消费者进行休眠，等待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。  
一，首先定义公共资源类，其中的变量number是保存的公共数据。并且定义两个方法，增加number的值和减少number的值。由于多线程的原因，必须加上synchronized关键字，注意while判断的条件。

/**
 * 公共资源类
 */
public class PublicResource {

	public int number = 0;

	/**
	 * 增加公共资源
	 */
	public synchronized void produce() {

		while (number == 10) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}

		number++;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产：" + number);
		notify();
	}

	/**
	 * 减少公共资源
	 */
	public synchronized void consume() {

		while (number == 0) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}

		number--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费：" + number);
		notify();
	}
}

二，分别定义生产者线程和消费者线程，并模拟多次生产和消费，即增加和减少公共资源的number值

/**
 * 生产者线程，负责生产公共资源
 */
public class ProducerThread implements Runnable {

	private PublicResource resource;

	public ProducerThread(PublicResource resource) {
		this.resource = resource;
	}

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub

		for (int i = 0; i < 10; i++) {

			try {
				Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}

			resource.produce();
		}
	}
}

/**
 * 消费者线程，负责消费公共资源
 */
public class ConsumerThread implements Runnable {

	private PublicResource resource;

	public ConsumerThread(PublicResource resource) {
		this.resource = resource;
	}

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub

		for (int i = 0; i < 10; i++) {

			try {
				Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}

			resource.consume();
		}
	}
}

三，模拟多个生产者和消费者操作公共资源的情形，结果须保证是在允许的范围内。

public class ProducerConsumerTest {

	public static void main(String[] args) {
		
		PublicResource resource = new PublicResource();
		
		new Thread(new ProducerThread(resource),"producter1").start();  
        	new Thread(new ConsumerThread(resource),"consumer1").start();  
	}
}

四，输出

producter1生产：1
consumer1消费：0
producter1生产：1
consumer1消费：0
producter1生产：1
consumer1消费：0
producter1生产：1
producter1生产：2
consumer1消费：1
producter1生产：2
producter1生产：3
consumer1消费：2
consumer1消费：1
producter1生产：2
producter1生产：3
consumer1消费：2
consumer1消费：1
producter1生产：2
consumer1消费：1
consumer1消费：0

 

案例2：

/**
 * 仓库类Storage实现缓冲区
 * 
 */
public class Storage {

	// 仓库最大存储量
	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
	public void produce(int num) {

		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
	public void consume(int num) {

		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();
		}
	}
}

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;
	}

	public int getNum() {
		return num;
	}

	public void setNum(int num) {
		this.num = num;
	}

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		storage.produce(num);
	}
}

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;
	}

	public int getNum() {
		return num;
	}

	public void setNum(int num) {
		this.num = num;
	}

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		storage.consume(num);
	}
}

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();
	}
}

OutPut：

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