Java线程（九）-生产者消费者模型



对于多线程程序来说，不管任何编程语言，生产者和消费者模型都是最经典的。就像学习每一门编程语言一样，Hello World！都是最经典的例子。

实际上，准确说应该是“生产者-消费者-仓库-产品”模型，四者缺一不可。对于此模型，他们之间的关系应该明确以下几点：

(01) 生产者仅仅在仓库未满时候生产，仓满则停止生产。
(02) 消费者仅仅在仓库有产品时候才能消费，仓空则等待。
(03) 当消费者发现仓库没产品可消费时候会通知生产者生产。
(04) 生产者在生产出可消费产品时候，应该通知等待的消费者去消费。

此模型将要结合wait与notify、notifyAll方法来实现，具体实现代码如下：

package com.threadTest;

/**
 * 仓库
 * 
 * @author Anndy
 * 
 */
public class Depot {
	public static final int max_size = 100; // 最大库存量
	public int currNum; // 当前库存量

	Depot() {
	}

	Depot(int currNum) {
		this.currNum = currNum;
	}

	/**
	 * 生产指定数量的产品
	 * 
	 * @param proNum
	 */
	public synchronized void produce(int proNum) {
		// 判断是否需要生产
		while (proNum + currNum > max_size) {
			System.out.println("要生产的产品数量" + proNum + "超过剩余库存量"
					+ (max_size - currNum) + "，暂时不能执行生产任务!");
			try {
				// 当前的生产线程等待
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		// 如需生产，则进行生产，并更改当前库存量
		currNum += proNum;
		System.out.println("已经生产了" + proNum + "个产品，现库存量为" + currNum);
		// 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
		notifyAll();
	}

	/**
	 * 消费指定数量的产品
	 * 
	 * @param conNum
	 */
	public synchronized void consume(int conNum) {
		// 判断是否可消费
		while (currNum < conNum) {
			try {
				// 当前的消费线程等待
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		// 如需消费，则进行消费，并更改当前库存量
		currNum -= conNum;
		System.out.println("已经消费了" + conNum + "个产品，现库存量为" + currNum);
		// 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
		notifyAll();
	}
}

package com.threadTest;

/**
 * 生产者
 * 
 * @author Anndy
 * 
 */
public class Producer extends Thread {
	private int proNum; // 生产产品的数量
	private Depot depot; // 仓库

	Producer(int proNum, Depot depot) {
		this.proNum = proNum;
		this.depot = depot;
	}

	public void run() {
		// 生产指定数量的产品
		depot.produce(proNum);
	}
}

package com.threadTest;

/**
 * 消费者
 * 
 * @author Anndy
 * 
 */
public class Customer extends Thread {
	private int conNum; // 消费产品的数量
	private Depot depot; // 仓库

	Customer(int conNum, Depot depot) {
		this.conNum = conNum;
		this.depot = depot;
	}

	public void run() {
		// 消费指定数量的产品
		depot.consume(conNum);
	}
}

package com.threadTest;

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		Depot depot = new Depot(30);
		Customer c1 = new Customer(50, depot);
		Customer c2 = new Customer(20, depot);
		Customer c3 = new Customer(30, depot);
		Producer p1 = new Producer(10, depot);
		Producer p2 = new Producer(10, depot);
		Producer p3 = new Producer(10, depot);
		Producer p4 = new Producer(10, depot);
		Producer p5 = new Producer(10, depot);
		Producer p6 = new Producer(10, depot);
		Producer p7 = new Producer(80, depot);

		c1.start();
		c2.start();
		c3.start();
		p1.start();
		p2.start();
		p3.start();
		p4.start();
		p5.start();
		p6.start();
		p7.start();
	}
}

运行结果1（某次）：

已经消费了20个产品，现库存量为10
已经生产了10个产品，现库存量为20
已经生产了10个产品，现库存量为30
已经生产了10个产品，现库存量为40
已经消费了30个产品，现库存量为10
已经生产了10个产品，现库存量为20
已经生产了10个产品，现库存量为30
已经生产了10个产品，现库存量为40
要生产的产品数量80超过剩余库存量60，暂时不能执行生产任务!

运行结果2（某次）：

Error occurred during initialization of VM
Could not reserve enough space for object heap

说明：
(01) Producer是“生产者”类，它与“仓库(depot)”关联。当调用“生产者”的produce()方法时，它会新建一个线程并向“仓库”中生产产品。
(02) Customer是“消费者”类，它与“仓库(depot)”关联。当调用“消费者”的consume()方法时，它会新建一个线程并消费“仓库”中的产品。
(03) Depot是“仓库”类，仓库中记录“仓库的容量(capacity)”以及“仓库中当前产品数目(size)”。
“仓库”类的生产方法produce()和消费方法consume()方法都是synchronized方法，进入synchronized方法体，意味着这个线程获取到了该“仓库”对象的同步锁。这也就是说，同一时间，生产者和消费者线程只能有一个能运行。通过同步锁，实现了对“残酷”的互斥访问。
对于生产方法produce()而言：当仓库满时，生产者线程等待，需要等待消费者消费产品之后，生产线程才能生产；生产者线程生产完产品之后，会通过notifyAll()唤醒同步锁上的所有线程，包括“消费者线程”，即我们所说的“通知消费者进行消费”。
对于消费方法consume()而言：当仓库为空时，消费者线程等待，需要等待生产者生产产品之后，消费者线程才能消费；消费者线程消费完产品之后，会通过notifyAll()唤醒同步锁上的所有线程，包括“生产者线程”，即我们所说的“通知生产者进行生产”。

本例仅仅是生产者消费者模型中最简单的一种表示，本例中，如果消费者消费的仓储量达不到满足，而又没有生产者，则程序会一直处于等待状态，这当然是不对的。实际上可以将此例进行修改，修改为，根据消费驱动生产，同时生产兼顾仓库，如果仓不满就生产，并对每次最大消费量做个限制，这样就不存在此问题了。