Java线程：并发协作-生产者消费者模型

本文出自 “熔 岩” 博客：http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/221932


Java线程：并发协作-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-仓储”模型，离开了仓储，生产者消费者模型就显得没有说服力了。
对于此模型，应该明确一下几点：
1、生产者仅仅在仓储未满时候生产，仓满则停止生产。
2、消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费，仓空则等待。
3、当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。
4、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java.lang.Object的wait与notify、notifyAll方法来实现以上的需求。这是非常重要的。

/**
* Java线程：并发协作-生产者消费者模型
*
* @author leizhimin 2009-11-4 14:54:36
*/
public class Test {
        public static void main(String[] args) {
                Godown godown = new Godown(30);
                Consumer c1 = new Consumer(50, godown);
                Consumer c2 = new Consumer(20, godown);
                Consumer c3 = new Consumer(30, godown);
                Producer p1 = new Producer(10, godown);
                Producer p2 = new Producer(10, godown);
                Producer p3 = new Producer(10, godown);
                Producer p4 = new Producer(10, godown);
                Producer p5 = new Producer(10, godown);
                Producer p6 = new Producer(10, godown);
                Producer p7 = new Producer(80, godown);

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

/**
* 仓库
*/
class Godown {
        public static final int max_size = 100; //最大库存量
        public int curnum;     //当前库存量

        Godown() {
        }

        Godown(int curnum) {
                this.curnum = curnum;
        }

        /**
         * 生产指定数量的产品
         *
         * @param neednum
         */
        public synchronized void produce(int neednum) {
                //测试是否需要生产
                while (neednum + curnum > max_size) {
                        System.out.println("要生产的产品数量" + neednum + "超过剩余库存量" + (max_size - curnum) + "，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();
                        }
                }
                //满足生产条件，则进行生产，这里简单的更改当前库存量
                curnum += neednum;
                System.out.println("已经生产了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum);
                //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 neednum
         */
        public synchronized void consume(int neednum) {
                //测试是否可消费
                while (curnum < neednum) {
                        try {
                         System.out.println("要消费的产品数量"+neednum+"超过当前库存量"+curnum+"，暂时不能执行消费任务!");
                                //当前的生产线程等待
                                wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                        }
                }
                //满足消费条件，则进行消费，这里简单的更改当前库存量
                curnum -= neednum;
                System.out.println("已经消费了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum);
                //唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
                notifyAll();
        }
}

/**
* 生产者
*/
class Producer extends Thread {
        private int neednum;                //生产产品的数量
        private Godown godown;            //仓库

        Producer(int neednum, Godown godown) {
                this.neednum = neednum;
                this.godown = godown;
        }

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

/**
* 消费者
*/
class Consumer extends Thread {
        private int neednum;                //生产产品的数量
        private Godown godown;            //仓库

        Consumer(int neednum, Godown godown) {
                this.neednum = neednum;
                this.godown = godown;
        }

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

已经生产了10个产品，现仓储量为40
已经生产了10个产品，现仓储量为50
已经消费了50个产品，现仓储量为0
已经生产了80个产品，现仓储量为80
已经消费了30个产品，现仓储量为50
已经生产了10个产品，现仓储量为60
已经消费了20个产品，现仓储量为40
已经生产了10个产品，现仓储量为50
已经生产了10个产品，现仓储量为60
已经生产了10个产品，现仓储量为70

Process finished with exit code 0

说明：
对于本例，要说明的是当发现不能满足生产或者消费条件的时候，调用对象的wait方法，wait方法的作用是释放当前线程的所获得的锁，并调用对象的notifyAll() 方法，通知（唤醒）该对象上其他等待线程，使得其继续执行。这样，整个生产者、消费者线程得以正确的协作执行。
notifyAll() 方法，起到的是一个通知作用，不释放锁，也不获取锁。只是告诉该对象上等待的线程“可以竞争执行了，都醒来去执行吧”。

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，当然这样的例子更复杂，更难以说明这样一个简单模型。

我喜欢简单的例子。