(转)生产者/消费者问题的多种Java实现方式

参考来源：http://blog.csdn.net/monkey_d_meng/article/details/6251879/

生产者/消费者问题的多种Java实现方式

实质上，很多后台服务程序并发控制的基本原理都可以归纳为生产者/消费者模式，而这是恰恰是在本科操作系统课堂上老师反复讲解，而我们却视而不见不以为然的。在博文《一种面向作业流(工作流)的轻量级可复用的异步流水开发框架的设计与实现》中将介绍一种生产者/消费者模式的具体应用。

生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的经典问题之一，它描述是有一块缓冲区作为仓库，生产者可以将产品放入仓库，消费者则可以从仓库中取走产品。解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：（1）采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步；（2）在生产者和消费者之间建立一个管道。第一种方式有较高的效率，并且易于实现，代码的可控制性较好，属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制，被传输数据对象不易于封装等，实用性不强。因此本文只介绍同步机制实现的生产者/消费者问题。

同步问题核心在于：如何保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常用的同步方法是采用信号或加锁机制，保证资源在任意时刻至多被一个线程访问。Java语言在多线程编程上实现了完全对象化，提供了对同步机制的良好支持。在Java中一共有四种方法支持同步，其中前三个是同步方法，一个是管道方法。

（1）wait() / notify()方法

（2）await() / signal()方法

（3）BlockingQueue阻塞队列方法

（4）PipedInputStream / PipedOutputStream

本文只介绍最常用的前三种，第四种暂不做讨论，有兴趣的读者可以自己去网上找答案。

一、wait() / notify()方法

wait() / nofity()方法是基类Object的两个方法，也就意味着所有Java类都会拥有这两个方法，这样，我们就可以为任何对象实现同步机制。

wait()方法：当缓冲区已满/空时，生产者/消费者线程停止自己的执行，放弃锁，使自己处于等等状态，让其他线程执行。

notify()方法：当生产者/消费者向缓冲区放入/取出一个产品时，向其他等待的线程发出可执行的通知，同时放弃锁，使自己处于等待状态。

光看文字可能不太好理解，咱来段代码就明白了：

import java.util.LinkedList;  

/**
 * 仓库类Storage实现缓冲区              注意几个问题：策略模式    桥接模式
 *
 */
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)
    {
        // 同步代码段
        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)
    {
        // 同步代码段
        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();
        }
    }  

    // get/set方法
    public LinkedList<Object> getList()
    {
        return list;
    }  

    public void setList(LinkedList<Object> list)
    {
        this.list = list;
    }  

    public int getMAX_SIZE()
    {
        return MAX_SIZE;
    }
}
/**
 * 生产者类Producer继承线程类Thread
 *
 * Email:530025983@qq.com
 *
 * @author MONKEY.D.MENG 2011-03-15
 *
 */
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;
    }  

    // 线程run函数
    public void run()
    {
        produce(num);
    }  

    // 调用仓库Storage的生产函数
    public void produce(int num)
    {
        storage.produce(num);
    }  

    // get/set方法
    public int getNum()
    {
        return num;
    }  

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

    public Storage getStorage()
    {
        return storage;
    }  

    public void setStorage(Storage storage)
    {
        this.storage = storage;
    }
}
/**
 * 消费者类Consumer继承线程类Thread
 *
 * Email:530025983@qq.com
 *
 * @author MONKEY.D.MENG 2011-03-15
 *
 */
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;
    }  

    // 线程run函数
    public void run()
    {
        consume(num);
    }  

    // 调用仓库Storage的生产函数
    public void consume(int num)
    {
        storage.consume(num);
    }  

    // get/set方法
    public int getNum()
    {
        return num;
    }  

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

    public Storage getStorage()
    {
        return storage;
    }  

    public void setStorage(Storage storage)
    {
        this.storage = storage;
    }
}
/**
 * <a href="http://lib.csdn.net/base/softwaretest" class='replace_word' title="软件测试知识库" target='_blank' style='color:#df3434; font-weight:bold;'>测试</a>类Test
 *
 * Email:530025983@qq.com
 *
 * @author MONKEY.D.MENG 2011-03-15
 *
 */
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();
    }
}
【要消费的产品数量】:50   【库存量】:0 暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:30   【库存量】:0 暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:20   【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】:20   【库存量】:10    暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:30   【库存量】:10    暂时不能执行生产任务!
【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】:50   【库存量】:20    暂时不能执行生产任务!
【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
【已经生产产品数】:80    【现仓储量为】:100
【要生产的产品数量】:10   【库存量】:100   暂时不能执行生产任务!
【已经消费产品数】:30    【现仓储量为】:70
【已经消费产品数】:50    【现仓储量为】:20
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:30
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:40