Java实现生产者消费者

方法1：最简单--利用LinkedBlockingQueue

队列具有先进先出的特点，成为经常应用于生产-消费者模式的数据结构。
1.将一个对象放到队列尾部，如果队列已满，就等待直到有空闲节点。 ——put()方法
2.从队列头部取一个对象，如果没有对象，就等待直到有对象可取。 ——take()方法
3.在存取队列的过程中，锁定队列对象，不允许其它线程访问队列。——使得它是线程安全的

下面的代码适用于多个生产者、多个消费者。

 //Producer.java
 import java.util.concurrent.BlockingQueue;

 /*
  *  Usage example, based on a typical producer-consumer scenario.
  * Note that a <tt>BlockingQueue</tt> can safely be used with multiple
  * producers and multiple consumers.
  * <pre>
  */
 class Producer implements Runnable {
     private BlockingQueue<Object> queue;

     Producer(BlockingQueue<Object> q) {
         queue = q;
     }

     public void run() {
         try {
             while (true) {
                 queue.put(produce());
                 Thread.sleep(1);
                 System.out.println("+1 Produce an Object:" + "生产者size:"
                         + queue.size());
             }
         } catch (InterruptedException ex) {
             System.out.println("生产者结束!");
         }
     }

     Object produce() {
         return new Object();
     }
 }

Pruducer.java

 //Consumer.java
 import java.util.concurrent.BlockingQueue;

 class Consumer implements Runnable {
     private BlockingQueue<Object> queue;

     Consumer(BlockingQueue<Object> q) {
         queue = q;
     }

     public void run() {
         try {
             while (true) {
                 consume(queue.take());
                 Thread.sleep(10);
                 System.out.println("-1 Consumer an Object:" + "size:"+ queue.size());
             }
         } catch (InterruptedException ex) {
             System.out.println("消费者结束！");
         }
     }

     void consume(Object x) {
     }
 }

Consumer.java

 import java.util.concurrent.BlockingQueue;
 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

 class Main {
     public static void main(String[] args) {
         BlockingQueue<Object> q = new LinkedBlockingQueue<Object>();// SomeQueueImplementation();
         Producer p = new Producer(q);
         Consumer c1 = new Consumer(q);
         Consumer c2 = new Consumer(q);
         Thread pth = new Thread(p);
         pth.start();
         new Thread(c1).start();
         new Thread(c2).start();
         try {
             Thread.sleep(50);
             pth.interrupt();
         } catch (InterruptedException e) {
         }
     }
 }

Main.java

方法2：不采用BlockingQueue，利用lock、Condition来实现

思路：

利用可重用的LinkedList来存放资源，生产者addLast()，消费者removeFirst()。

使用ReentrantLock()来实现消费者和生产者的同步;//可重用的互斥锁

思考：为什么使用了lock后，还使用了它的2个newCondition，这样做有什么好处？

 import java.util.*;
 import java.util.concurrent.locks.Condition;
 import java.util.concurrent.locks.Lock;
 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

 public class ProducerConsumer {
     private static final LinkedList<Integer> buffer = new LinkedList<Integer>();
     private static final int BUFFERSIZE = 10;
     private static Lock lock = new ReentrantLock();//可重用的互斥锁
     private static Condition NotFull = lock.newCondition();
     private static Condition NotEmpty = lock.newCondition();

     static class Producer extends Thread {
         public void run() {
             while (true) {
                 // lock
                 lock.lock();
                 if (buffer.size() == BUFFERSIZE) {
                     System.out.println("BUffer is fulls");
                     try {
                         NotFull.await();
                     } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                     }
                 } else {
                     buffer.addLast(1);
                     NotEmpty.signal();
                 }
                 lock.unlock();
                 // unlock
             }
         }
     }

     static class Consumer extends Thread {
         public void run() {
             while (true) {
                 // lock
                 lock.lock();
                 if (buffer.size() == 0) {
                     System.out.println("BUffer is empty");
                     try {
                         NotEmpty.await();
                     } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                     }
                 } else {
                     buffer.removeFirst();
                     NotFull.signal();
                 }
                 // unlock
                 lock.unlock();
             }
         }
     }

     public static void main(String[] args){
         new Consumer().start();
         new Producer().start();
     }
 }

ProducerConsumer .java

关于Java线程的lock、condition、synchronized的小小总结：

1.synchronized简单易用，但是功能受局限，无法满足复杂的同步机制，比如“读者写者问题”：多个读者线程是不互斥的。

2.lock以更优雅的方式来解决线程同步，比如读写锁ReadWriteLock。

3.Condition解决线程间通信，为不同的线程建立不同的条件。

推荐博文：Java线程-锁机制

Condition可以替代传统的线程间通信，用await()替换wait()，用signal()替换notify()，用signalAll()替换notifyAll()。

——为什么方法名不直接叫wait()/notify()/nofityAll()？因为Object的这几个方法是final的，不可重写！

Condition实现了BlockingQueue的功能。

看看BlockingQueue的继承和实现。

一般的锁Lock的实现：注意ReadLock、WriteLock是内部的静态类，只有ReentrantReadWriteLock类可以调用。

读写的锁ReadWriteLock

思考：OS的信号量是什么，线程通信的方式有哪些？共享变量和消息传递。

信号量与互斥锁有什么联系？

参考资料

By BYRHuangQiang2014-03-18 09:05:30