31_3生产者消费者模型、仓储模型

已于 2024-07-11 15:47:40 修改
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分类专栏： JavaSE 文章标签： 学习 java-ee java
于 2024-03-28 15:28:50 首次发布
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本文详细探讨了生产者消费者模型和仓储模型在并发编程中的应用，涉及线程同步、加锁、wait/notify/notifyAll方法的使用，以及如何解决脏数据、卡死等问题，展示了两种模型在处理生产与消费关系的不同策略。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

day31下

生产者消费者模型

最终目的：生产一个消费一个

分析：

产品类 – Phone（brand、price）

生产者线程 – Produce

消费者线程 – Consumer

生产者消费者理解图

生产者消费者理解图

场景1：一个生产者一个消费者的情况

步骤：

1.生产者线程、消费者线程不断的操作同一个产品对象

脏数据：

null – 0.0（Phone phone = new Phone();Consumer抢到资源输出）

华为 – 0.0（Produce才phone.setBrand(“华为”);Consumer抢到资源输出）

public class Phone {
	
	private String brand;
	private double price;
	private boolean store;
	//有参、无参构造、get、set、toString方法
}
//生产者线程
public class Produce extends Thread{
	
	private Phone phone;
    
	public Produce(Phone phone) {
		this.phone = phone;
	}
    
    @Override
	public void run() {
        while(true){
            phone.setBrand("华为");
            phone.setPrice(3999);
        }
    }
}
//消费者线程
public class Consumer extends Thread{
	
	private Phone phone;
    
	public Produce(Phone phone) {
		this.phone = phone;
	}
    
    @Override
	public void run() {
        while(true){
			System.out.println(phone.getBrand() + " -- " + pho ne.getPrice());
        }
    }
}
public class Test01 {
	public static void main(String[] args) {
		
		Phone phone = new Phone();
		
		Produce p = new Produce(phone);
		Consumer c = new Consumer(phone);
		
		p.start();
		c.start();
	}
}
2.两个产品之间来回切换（目的：放大步骤1的问题）

脏数据：

null – 0.0

华为 – 0.0

小米 – 3999.0

华为 – 1999.0

出现原因：设置完品牌后，还没来得及设置价格，就被消费者线程抢到资源

解决方案：生产者线程设置完品牌+价格后，消费者线程才能执行自己的代码 – 加锁

加锁：生产者线程和消费者线程都加锁才行，锁对象同一个才能互斥住，所以使用phone

但依然会有脏数据：null – 0.0

//生产者线程
public class Produce extends Thread{
	
	private Phone phone;
    
	public Produce(Phone phone) {
		this.phone = phone;
	}
    
    @Override
	public void run() {
        boolean flag = true;
        
        while(flag){
			if(flag){
					phone.setBrand("华为");
					phone.setPrice(3999);
				}else{
					phone.setBrand("小米");
					phone.setPrice(1999);
				}
				flag = !flag;
        }
    }
}

解决方案

//生产者线程
while(flag){
    synchronized(phone){
        if(flag){
            phone.setBrand("华为");
            phone.setPrice(3999);
        }else{
            phone.setBrand("小米");
            phone.setPrice(1999);
        }
        flag = !flag;
    }
} 
//消费者线程
while(true){
   synchronized(phone){  
  	  System.out.println(phone.getBrand() + " -- " + pho ne.getPrice());
   } 
}
3.生产一个消费一个

产品类加一个库存的属性 – boolean store = false

生产者线程在每次生产之前都得判断是否有库存，有就等待(等待消费者线程消费后再生产)，没有就生产

消费者线程在每次消费之前都得判断是否有库存，有就消费，没有就等待(等待生产者线程生产后再消费)

生产者线程和消费者线程互相唤醒

思路：

在生产者线程run（）里面先if(phone.isStore()){等待}后生产最后phone.setStore(true);唤醒

在消费者线程run（）里面先if(!phone.isStore()){等待}后消费最后phone.setStore(false);唤醒

直接改：思路没问题，但代码会出现报错（在整个项目中还有其他线程，不能确保是这两个线程相互等待、唤醒）

解决方法：给等待和唤醒都添上同一对象监视器phone.wait();phone.notify();

补充：这里phone有多种角色：锁对象、产品对象、对象监视器

public class Phone {
	
	private String brand;
	private double price;
	private boolean store;
    //产品类加一个库存的属性，也添加get、set方法
    private boolean store;
	//有参、无参构造、get、set、toString方法
}
//生产者线程
public class Produce extends Thread{
	
	private Phone phone;
    
	public Produce(Phone phone) {
		this.phone = phone;
	}
    
	@Override
	public void run() {
		
		boolean flag = true;
		
		while(true){
			synchronized(phone){
				
				if(phone.isStore()){
					try {
						/**
						 * 等待：
						 * 		1.释放锁资源
						 * 		2.在对象监视器(phone)中记录当前线程被等待（阻塞）
						 * 		3.当前线程进入到阻塞状态
						 */
						phone.wait();
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				
				if(flag){
					phone.setBrand("华为");
					phone.setPrice(3999);
				}else{
					phone.setBrand("小米");
					phone.setPrice(1999);
				}
				flag = !flag;
				phone.setStore(true);
				
				phone.notify();//唤醒：唤醒对象监视器中任意一个线程
			}
		}
	}
}
//消费者线程
public class Consumer extends Thread{
	
	private Phone phone;
    
	public Produce(Phone phone) {
		this.phone = phone;
	}
    
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			synchronized(phone){
				
				if(!phone.isStore()){
					try {
						/**
						 * 等待：
						 * 		1.释放锁资源
						 * 		2.在对象监视器(phone)中记录当前线程被等待（阻塞）
						 * 		3.当前线程进入到阻塞状态
						 */
						phone.wait();
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				
				System.out.println(phone.getBrand() + " -- " + phone.getPrice());
				phone.setStore(false);
				
				phone.notify();//唤醒：唤醒对象监视器中任意一个线程
				
			}
		}
	}
}
public class Test01 {
	public static void main(String[] args) {
		
		Phone phone = new Phone();
		
		Produce p = new Produce(phone);
		Consumer c = new Consumer(phone);
		
		p.start();
		c.start();
	}
}

场景2：多个生产者多个消费者的情况

public class Test01 {	
	public static void main(String[] args) {
		
		Phone phone = new Phone();
		
		Produce p1 = new Produce(phone);
		Produce p2 = new Produce(phone);
		Consumer c1 = new Consumer(phone);
		Consumer c2 = new Consumer(phone);
		
		p1.start();
		p2.start();
		c1.start();
		c2.start();
	}
}

添加多个生产者多个消费者

出现问题：出现连续重复的产品，甚至直接卡死

卡死出现原因：【phone.notify();//唤醒：唤醒对象监视器中任意一个线程】

开始store为false，c1抢到资源，对象监视器：c1被阻塞；c2抢到资源，c2也被阻塞；

p1抢到资源生产，store变为true，会唤醒一个线程；

比如唤醒c1，【现在就p1、p2、c1存活】现在store为true有库存，p1就会被阻塞，p2又抢到资源，p2被阻塞；

现在就c2存活，消费，store变为false，会唤醒一个线程；

恰好唤醒c2，【现在c1、c2存活】store为false没有库存，c2被阻塞；c1抢到资源，c1也被阻塞；

就卡死了。

解决卡死方案：判断库存不用原来的if，改用while；唤醒不用原来的任意一个，改用phone.notifyAll();//唤醒：唤醒对象监视器中所有线程

出现连续重复的产品原因：线程调用run()，会出现多个变量flag

解决出现连续重复的产品方案：将变量flag放在run()外面并设置为静态，确保为同一个变量（放在run()里面也行，这里为了区分前面代码）

补充：if判断库存时，会直接往下执行，唤醒程序后while会重新判断

//生产者线程
public class Produce extends Thread{
	
	private Phone phone;
	
	public Produce(Phone phone) {
		this.phone = phone;
	}
	
	private static boolean flag = true;
	@Override
	public void run() {
		
		while(true){
			synchronized(phone){
				
				while(phone.isStore()){
					try {
						/**
						 * 等待：
						 * 		1.释放锁资源
						 * 		2.在对象监视器(phone)中记录当前线程被等待（阻塞）
						 * 		3.当前线程进入到阻塞状态
						 */
						phone.wait();
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				
				if(flag){
					phone.setBrand("华为");
					phone.setPrice(3999);
				}else{
					phone.setBrand("小米");
					phone.setPrice(1999);
				}
				flag = !flag;
				phone.setStore(true);
				
				phone.notifyAll();//唤醒：唤醒对象监视器中所有线程
			}
		}
	}
}
//消费者线程同理更改

仓储模型

生产者线程不断的生产蛋糕（将蛋糕对象添加到仓库）

消费者线程不断的消费蛋糕（将蛋糕对象从仓库中取出）

先生产的蛋糕，先卖出

分析：

1.蛋糕类、仓库类、生产者线程、消费者线程

2.仓库类里有一个存放蛋糕对象的集合 – LinkedList

注意：LinkedList的队列模式

场景1：一个生产者线程一个消费者线程的情况

//蛋糕类
public class Cake {

	private String brand;
	private String datetime;
//有参、无参构造、get、set、toString方法
}
//仓库类
public class Store {
	
	private int curCapacity;//当前容量
	private int maxCapacity;//最大容量
	private LinkedList<Cake> list;//蛋糕容器
	
	public Store(int maxCapacity) {
		this.maxCapacity = maxCapacity;
		list =  new LinkedList<>();//初始化
	}
	
	//入库(此方法被生产者线程不断的调用)
	public synchronized void push(Cake cake){
		list.add(cake);
		curCapacity++;
		System.out.println("入库 - 当前容量为：" + curCapacity);
	}
	
	//出库(此方法被消费者线程不断的调用)
	public synchronized Cake pop(){
		Cake cake = list.removeFirst();
		curCapacity--;
		System.out.println("出库 - 当前容量为：" + curCapacity + "，卖出的蛋糕为：" + cake);
		return cake;
	}
	
}
//生产者线程
public class Produce extends Thread{

	private Store store;//传进来

	public Produce(Store store) {
		this.store = store;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			Cake cake = new Cake("桃李", LocalDateTime.now().toString());
			store.push(cake);
		}
	}
}
//消费者线程
public class Consumer extends Thread{
	
	private Store store;
	
	public Consumer(Store store) {
		this.store = store;
	}

	@Override
	public void run() {
		while(true){
			store.pop();
		}
	}
}

public class Test01 {
	public static void main(String[] args) {
		
		Store store = new Store(20);
		
		Produce p = new Produce(store);
		Consumer c = new Consumer(store);
		
		p.start();
		c.start();
	}
}

问题1：开始报错，只有入库

出现原因：消费者线程抢到资源就会报错，仓库没有可出，Cake cake = list.removeFirst();就会报错【把生产者线程停掉更可见】。生产者线程不断入库

注意：多线程使用同一个资源必须加锁

解决方案：对仓库的同步方法加锁synchronized，锁对象是谁，监视器对象就可以用谁

	//入库(此方法被生产者线程不断的调用)
	public synchronized void push(Cake cake){
		if(curCapacity >= maxCapacity){
			try {
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		list.add(cake);
		curCapacity++;
		System.out.println("入库 - 当前容量为：" + curCapacity);
		this.notify();
	}
	
	
	//出库(此方法被消费者线程不断的调用)
	public synchronized Cake pop(){
		if(curCapacity <= 0){
			try {
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		Cake cake = list.removeFirst();
		curCapacity--;
		System.out.println("出库 - 当前容量为：" + curCapacity + "，卖出的蛋糕为：" + cake);
		this.notify();
		return cake;
	}

场景2：多个生产者线程多个消费者线程的情况

public class Test01 {
	public static void main(String[] args) {
		
		Store store = new Store(20);
		
		Produce p1 = new Produce(store);
		Produce p2 = new Produce(store);
		Consumer c1 = new Consumer(store);
		Consumer c2 = new Consumer(store);
		
		p1.start();
		p2.start();
		c1.start();
		c2.start();
	}
}

出现问题：又会报错，超出库存最大容量

出现原因：

零界点：curCapacity为0

卖完curCapacity为0，c1抢到资源，被阻塞，c2抢到资源，被阻塞；

p1抢到资源，curCapacity为0，就会入库，curCapacity变为1，唤醒对象监视器中任意一个线程，比如c2，就会出库curCapacity变为0；

之后唤醒c1，curCapacity为0，就会报错。

零界点：curCapacity为20

卖完curCapacity为20，p1抢到资源，被阻塞，p2抢到资源，被阻塞；

c1抢到资源，curCapacity为20，就会出库，curCapacity变为19，唤醒对象监视器中任意一个线程，比如p2，就会入库curCapacity变为20；

之后唤醒p1，p2继续抢到资源，curCapacity为20，p2被阻塞，p1抢到资源进入，curCapacity++，curCapacity为21；

继而p1、p2相互争抢唤醒阻塞，就会不断入库

解决方案：判断仓储不用原来的if，改用while；唤醒不用原来的任意一个，改用phone.notifyAll();//唤醒：唤醒对象监视器中所有线程

补充：if判断库存时，会直接往下执行，唤醒程序后while会重新判断

	//入库(此方法被生产者线程不断的调用)
	public synchronized void push(Cake cake){
		while(curCapacity >= maxCapacity){
			try {
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		list.add(cake);
		curCapacity++;
		System.out.println("入库 - 当前容量为：" + curCapacity);
		this.notifyAll();
	}
	
	//出库(此方法被消费者线程不断的调用)
	public synchronized Cake pop(){
		while(curCapacity <= 0){
			try {
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		Cake cake = list.removeFirst();
		curCapacity--;
		System.out.println("出库 - 当前容量为：" + curCapacity + "，卖出的蛋糕为：" + cake);
		this.notifyAll();
		return cake;
	}

生产者消费者模型和仓储模型的区别

生产者消费者模型：重点加锁的逻辑放在线程中（注重线程如何写）

仓储模型：重点加锁的逻辑放在线程外（注重仓库如何写）

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