【java】多线程生产者消费者问题共享资源区的大小实例

原创已于 2022-04-09 12:12:15 修改 · 1.9k 阅读

1 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#java

于 2022-04-08 17:33:24 首次发布

JAVA 专栏收录该内容

35 篇文章

订阅专栏

本文通过一个实例介绍了生产者消费者问题的解决思路，使用Java实现了一个简单的模型，包括生产者类、消费者类和奶箱类。生产者将牛奶放入奶箱，消费者从奶箱中取出牛奶，通过共享资源奶箱来协调两者，同时考虑了资源的限制，如奶箱的容量。在多线程环境下，生产者和消费者通过wait()和notifyAll()方法实现同步。

生产者消费者问题包含三个成分：

1.生产者，用于提供数据生产者类

2.消费者，用于拿走数据消费者类

3.共享资源，就像是一个仓库，消费者把提供的数据放进去，生产者拿走数据。（用于解耦生产者和消费者的关系）奶箱类

以下是一个实例

我们想喝牛奶但是又不想去商店买（生产者是商店，消费者是我，路径是 生产者->消费者），因此我们就选择了订奶

送奶工早上将牛奶从商店送来我手里，但是我早上又起不来那么早，难道就无法拿到牛奶了吗？

不，送奶工会将牛奶送到我家门口的奶箱，等我起床后只需要去奶箱里面拿就好了，这个过程我与送奶工并没有直接的见面（生产者与消费者没有变，但是我们两个中间多了一个中介：送奶工与奶箱，这时的路径就是：生产者->传递数据（送奶工）->共享资源（奶箱）->拿走数据（我）->消费者）

而在我们的代码编写过程中，生产者->传递数据->共享资源->拿走数据->消费者，我们这样建立：

生产者类实现Runnable接口，重写run（）方法，且传入奶箱类对象【一条传入数据的路径】

消费者类实现Runnable接口，重写run（）方法，且传入奶箱类对象【一条拿走数据的路径】

奶箱类包含表示奶箱大小，奶箱状态等的成员变量，及传入数据的方法和拿走数据的方法

测试类建立对象并使用多线程实现

代码如下：（这里共享资源默认大小为一，只有放入与不放入）

//奶箱类
public class Box {

	private int milk;
	private boolean state=false;////定义一个成员变量表示奶箱的状态，false表示没有牛奶
	
//下面使用的存放方式是默认奶箱容量为一
	public synchronized void put(int milk) {
		
		//如果有牛奶，等待消费
		if(state) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO 自动生成的 catch 块
				e.printStackTrace();
			}
		}
		
		//如果没有牛奶，生产牛奶
		this.milk=milk;
		System.out.println("送奶工正在送第"+milk+"瓶奶");
		//生产完毕之后修改奶箱
	    state=true;
	    notifyAll();
	}
	
	public synchronized void get() {
		/*“线程操作的wait()、notify()、notifyAll()方法只能在同步控制方法或同步控制块内调用。
		 * 如果在非同步控制方法或控制块里调用，程序能通过编译
		 * 但运行的时候，将得到 IllegalMonitorStateException 异常，并伴随着一些含糊信息，比如 ‘当前线程不是拥有者’。
		 * 其实异常的含义是 调用wait()、notify()、notifyAll()的任务在调用这些方法前必须 ‘拥有’（获取）对象的锁。*/
		//如果有牛奶，等待拿走
		if(!state) {
			//如果没有牛奶，等待生产
		try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO 自动生成的 catch 块
				e.printStackTrace();
			}
		}
		
		//如果有牛奶，消费牛奶
		System.out.println("用户拿走第"+milk+"瓶奶");
		state=false;//牛奶被拿走
		notifyAll();
	}
	
}

//生产者类
public class Producer implements Runnable {

	private Box box;

	public Producer(Box box) {
		
		this.box=box;
		
	}

	public void run() {
		
		for(int i=1;i<=5;i++) {//通过这里定义放入奶的数量
			box.put(i);
		}
		
	}

}

//消费者类
public class Customer implements Runnable {
	
    private Box box;

	public Customer(Box box) {
		
		this.box=box;
		
	}

	public void run() {
		while(true) {//这里用无限循环的方式是因为奶箱类里面定义的get（）方法含有判断
			box.get();
		} 
	}
//测试类
public class BoxDemo {

	public static void main(String[] args) {
		
		Box box=new Box();//共享数据对象
		
		Producer producer=new Producer(box);//生产者对象，使用box做参数
		Customer customer=new Customer(box);//消费者对象，使用box做参数
		
		//创建两个线程
		Thread t1=new Thread(producer);
		Thread t2=new Thread(customer);
		
		t1.start();
		t2.start();

	}

}

再对比一下下面的代码，多定义了一个size表示奶箱的大小

public class Box {

	private int milk=9;
	static final int size=3;//奶箱一次最多放入三瓶奶
	static int state=0;////定义一个成员变量表示奶箱中的奶数
	
	public synchronized void put() {
		
		//如果牛奶数等于奶箱容积，等待消费
		if(state==size) {

			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO 自动生成的 catch 块
				e.printStackTrace();
			}
			
		}
		
		for(;state<size&&state>=0;state++) {
			
		//如果奶箱中的牛奶数小于奶箱容积，生产者继续生产并放入,每放入一瓶奶箱中的奶数量加一，直到奶数达到容积，停止放入
		System.out.println("送奶工正在送第"+milk+"瓶奶");
		milk--;
	    
	    }
		
	    notifyAll();
	    
	}
	
	public synchronized void get() {
		/*“线程操作的wait()、notify()、notifyAll()方法只能在同步控制方法或同步控制块内调用。
		 * 如果在非同步控制方法或控制块里调用，程序能通过编译
		 * 但运行的时候，将得到 IllegalMonitorStateException 异常，并伴随着一些含糊信息，比如 ‘当前线程不是拥有者’。
		 * 其实异常的含义是 调用wait()、notify()、notifyAll()的任务在调用这些方法前必须 ‘拥有’（获取）对象的锁。*/
		
		for(;state>0&&state<=size;state--) {//如果有牛奶，消费牛奶
			
			System.out.println("用户拿走奶箱中的第"+state+"瓶奶");
			
		}
		
		notifyAll();
		
		if(state==0) {
					//如果没有牛奶，等待生产
		            try {
						wait();
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO 自动生成的 catch 块
						e.printStackTrace();
					}
		            
		}

	}
	
}


public class Customer implements Runnable {
	
    private Box box;

	public Customer(Box box) {
		
		this.box=box;
		
	}

	public void run() {
		
		for(int i=1;i<3;i++) {//这里的i实际上是milk数除以size数
		//这个程序并不完善，没有判断当milk不能整除size时，送奶工如何送奶及用户如何拿奶
	    //这时还需要在put方法里面加一个判断
		//if(milk/size!=0)
		//size=milk%size;
			box.get();
         }
	}

}


public class Producer implements Runnable {

	private Box box;

	public Producer(Box box) {
		
		this.box=box;
		
	}

	public void run() {
		while(true) {
			box.put();
		}
		}
		

}


public class BoxDemo {

	public static void main(String[] args) {
		
		Box box=new Box();//共享数据对象
		
		Producer producer=new Producer(box);//生产者对象，使用box做参数
		Customer customer=new Customer(box);//消费者对象，使用box做参数
		
		//创建两个线程
		Thread t1=new Thread(producer);
		Thread t2=new Thread(customer);
		
		t1.start();
		t2.start();

	}

}

结果如下：

送奶工一次送三瓶奶，即共享资源大小为三

送奶工正在送第9瓶奶
送奶工正在送第8瓶奶
送奶工正在送第7瓶奶
用户拿走奶箱中的第3瓶奶
用户拿走奶箱中的第2瓶奶
用户拿走奶箱中的第1瓶奶
送奶工正在送第6瓶奶
送奶工正在送第5瓶奶
送奶工正在送第4瓶奶
用户拿走奶箱中的第3瓶奶
用户拿走奶箱中的第2瓶奶
用户拿走奶箱中的第1瓶奶
送奶工正在送第3瓶奶
送奶工正在送第2瓶奶
送奶工正在送第1瓶奶