生产者消费者的五种实现

以下内容整理自互联网，仅用于个人学习

转载自http://huachao1001.github.io/article.html?QhSkxKKX

生产者消费者问题：
生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。

生产者消费者模式的优点:

解耦
支持并发
支持忙闲不均

解决方法可分为两类：

用信号量和锁机制实现生产者和消费者之间的同步

wait() / notify()方法

await() / signal()方法
BlockingQueue阻塞队列方法
Semaphore方法

在生产者和消费者之间建立一个管道。（一般不使用，缓冲区不易控制、数据不易封装和传输）

PipedInputStream / PipedOutputStream

wait() / notify()方法

publicclassTest{
privatestaticIntegercount=0;
privatefinalIntegerFULL=5;
privatestaticStringlock="lock";

publicstaticvoidmain(String[]args){
Testt=newTest();
newThread(t.newProducer()).start();
newThread(t.newConsumer()).start();
newThread(t.newProducer()).start();
newThread(t.newConsumer()).start();
}

classProducerimplementsRunnable{
@Override
publicvoidrun(){
for(inti=0;i<5;i++){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione1){
e1.printStackTrace();
}
synchronized(lock){
while(count==FULL){
try{
lock.wait();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
count++;
System.out.println("生产者"+Thread.currentThread().getName()
+"已生产完成，商品数量："+count);
lock.notifyAll();
}
}
}
}

classConsumerimplementsRunnable{
@Override
publicvoidrun(){
for(inti=0;i<5;i++){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione1){
e1.printStackTrace();
}
synchronized(lock){
while(count==0){
try{
lock.wait();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
count--;
System.out.println("消费者"+Thread.currentThread().getName()
+"已消费，剩余商品数量："+count);
lock.notifyAll();
}
}
}
}
}

运行结果：

生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1
生产者Thread-2已生产完成，商品数量：2
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：1
消费者Thread-3已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1
消费者Thread-3已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-2已生产完成，商品数量：1
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1
生产者Thread-2已生产完成，商品数量：2
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：1
消费者Thread-3已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-2已生产完成，商品数量：1
消费者Thread-3已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-2已生产完成，商品数量：1
消费者Thread-3已消费，剩余商品数量：0

await() / signal()方法

await()/signal()是对wait()/notify()的改进，功能更加强大，更适用于高级用户，synchronized是托管给JVM执行的，而lock是Java写的控制锁的代码。

下面是使用ReentrantLock来实现生产者消费者问题:

publicclassTest{
privatestaticIntegercount=0;//缓冲区
privatefinalIntegerFULL=5;
finalLocklock=newReentrantLock();//获得可重入锁
finalConditionput=lock.newCondition();
finalConditionget=lock.newCondition();

publicstaticvoidmain(String[]args){

Testt=newTest();
newThread(t.newProducer()).start();
newThread(t.newConsumer()).start();
newThread(t.newConsumer()).start();
newThread(t.newProducer()).start();
}

//生产者
classProducerimplementsRunnable{
@Override
publicvoidrun(){
for(inti=0;i<5;i++){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione1){
e1.printStackTrace();
}
//加锁
lock.lock();
try{
while(count==FULL){
try{
put.await();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
count++;
System.out.println("生产者"+Thread.currentThread().getName()
+"已生产完成，商品数量："+count);
//通知消费者，现在可以消费
get.signal();
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
}

classConsumerimplementsRunnable{

@Override
publicvoidrun(){
for(inti=0;i<5;i++){
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione1){
e1.printStackTrace();
}
lock.lock();
try{
while(count==0){
try{
get.await();
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
}
count--;
System.out.println("消费者"+Thread.currentThread().getName()
+"已消费，剩余商品数量："+count);
put.signal();
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
}

运行结果：

生产者Thread-3已生产完成，商品数量：1
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：2
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：1
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：1
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：2
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：1
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：1
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：1
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：2
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0

BlockingQueue阻塞队列方法

BlockingQueue实现主要用于生产者-使用者队列，但它另外还支持Collection接口。是线程安全的，所有排队方法都可以使用内部锁或其他形式的并发控制来自动达到它们的目的。

用于阻塞的两个方法：

put()方法：将指定元素插入此队列中，将等待可用的空间（如果有必要）。
take()方法：获取并移除此队列的头部，在指定的等待时间前等待可用的元素（如果有必要）。

public class Test { 
    private static Integer count = 0; 
    final BlockingQueue<Integer> bq = new ArrayBlockingQueue<Integer>(5);// 容量为5的阻塞队列 
 
    public static void main(String[] args) { 
        Test t = new Test(); 
        new Thread(t.new Producer()).start(); 
        new Thread(t.new Consumer()).start(); 
        new Thread(t.new Consumer()).start(); 
        new Thread(t.new Producer()).start(); 
    } 
 
    class Producer implements Runnable { 
        @Override 
        public void run() { 
            for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                try { 
                    Thread.sleep(1000); 
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
                try { 
                    bq.put(1); 
                    count++; 
                    System.out.println("生产者" + Thread.currentThread().getName() 
                            + "已生产完成，商品数量：" + count); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
        } 
    } 
 
    class Consumer implements Runnable { 
 
        @Override 
        public void run() { 
            for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                try { 
                    Thread.sleep(1000); 
                } catch (InterruptedException e1) { 
                    e1.printStackTrace(); 
                } 
                try { 
                    bq.take(); 
                    count--; 
                    System.out.println("消费者" + Thread.currentThread().getName() 
                            + "已消费，剩余商品数量：" + count); 
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
        } 
    } 
}

运行结果：

生产者Thread-0已生产完成，商品数量：0 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：0 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：1 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：1 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：0 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：1 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0

Semaphore方法实现同步

信号量（Semaphore）维护了一个许可集。在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个release()添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。Semaphore通常用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目。

注意，调用acquire()时无法保持同步锁，因为这会阻止将项返回到池中。信号量封装所需的同步，以限制对池的访问，这同维持该池本身一致性所需的同步是分开的。

public class Test { 
    int count = 0; 
    final Semaphore put = new Semaphore(5);// 初始令牌个数 
    final Semaphore get = new Semaphore(0); 
    final Semaphore mutex = new Semaphore(1); 
 
    public static void main(String[] args) { 
        Test t = new Test(); 
        new Thread(t.new Producer()).start(); 
        new Thread(t.new Consumer()).start(); 
        new Thread(t.new Consumer()).start(); 
        new Thread(t.new Producer()).start(); 
    } 
 
    class Producer implements Runnable { 
        @Override 
        public void run() { 
            for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                try { 
                    Thread.sleep(1000); 
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
                try { 
                    put.acquire();// 注意顺序 
                    mutex.acquire(); 
                    count++; 
                    System.out.println("生产者" + Thread.currentThread().getName() 
                            + "已生产完成，商品数量：" + count); 
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } finally { 
                    mutex.release(); 
                    get.release(); 
                } 
 
            } 
        } 
    } 
 
    class Consumer implements Runnable { 
 
        @Override 
        public void run() { 
            for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                try { 
                    Thread.sleep(1000); 
                } catch (InterruptedException e1) { 
                    e1.printStackTrace(); 
                } 
                try { 
                    get.acquire();// 注意顺序 
                    mutex.acquire(); 
                    count--; 
                    System.out.println("消费者" + Thread.currentThread().getName() 
                            + "已消费，剩余商品数量：" + count); 
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } finally { 
                    mutex.release(); 
                    put.release(); 
                } 
            } 
        } 
    } 
}

运行结果：

生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：1 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：1 
生产者Thread-3已生产完成，商品数量：2 
消费者Thread-2已消费，剩余商品数量：1 
消费者Thread-1已消费，剩余商品数量：0

PipedInputStream / PipedOutputStream

这个类位于java.io包中，是解决同步问题的最简单的办法，一个线程将数据写入管道，另一个线程从管道读取数据，这样便构成了一种生产者/消费者的缓冲区编程模式。PipedInputStream/PipedOutputStream只能用于多线程模式，用于单线程下可能会引发死锁。

public class Test { 
    final PipedInputStream pis = new PipedInputStream(); 
    final PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream(); 
 
    public static void main(String[] args) { 
        Test t = new Test(); 
        new Thread(t.new Producer()).start(); 
        new Thread(t.new Consumer()).start(); 
    } 
 
    class Producer implements Runnable { 
 
        @Override 
        public void run() { 
            try { 
                pis.connect(pos); 
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
            try { 
                while (true) { // 不断的产生数据 
                    int n = (int) (Math.random() * 255); 
                    System.out.println("生产者" + Thread.currentThread().getName() 
                            + "已生产完成，商品数量：" + n); 
                    pos.write(n); 
                    pos.flush(); 
                } 
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } finally { 
                try { 
                    pis.close(); 
                    pos.close(); 
                } catch (IOException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
 
        } 
    } 
 
    class Consumer implements Runnable { 
 
        @Override 
        public void run() { 
            int n; 
            try { 
                while (true) { 
                    n = pis.read(); 
                    System.out.println("消费者" + Thread.currentThread().getName() 
                            + "已消费，剩余商品数量：" + n); 
                } 
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } finally { 
                try { 
                    pis.close(); 
                    pos.close(); 
                } catch (IOException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
 
            } 
        } 
    } 
}

运行结果：

生产者Thread-0已生产完成，商品数量：6 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：158 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：79 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：119 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：93 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：213 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：151 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：101 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：125 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：109 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：67 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：109 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：132 
生产者Thread-0已生产完成，商品数量：139

最后编辑于：2017.12.04 23:27:16

人面猴
序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
沈念sama阅读 202,905评论 5赞 476
死咒
序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
沈念sama阅读 85,140评论 2赞 379
救了他两次的神仙让他今天三更去死
文/潘晓璐我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
开封第一讲书人阅读 149,791评论 0赞 335
道士缉凶录：失踪的卖姜人
文/不坏的土叔我叫张陵，是天一观的道长。经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？我笑而不...
开封第一讲书人阅读 54,483评论 1赞 273
港岛之恋（遗憾婚礼）
正文为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
茶点故事阅读 63,476评论 5赞 364
恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
文/花漫我一把揭开白布。她就那样静静地躺着，像睡着了一般。火红的嫁衣衬着肌肤如雪。梳的纹丝不乱的头发上，一...
开封第一讲书人阅读 48,516评论 1赞 281
城市分裂传说
那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。我是一名探鬼主播，决...
沈念sama阅读 37,905评论 3赞 395
双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
文/苍兰香墨我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
开封第一讲书人阅读 36,560评论 0赞 256
万荣杀人案实录
序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
沈念sama阅读 40,778评论 1赞 296
护林员之死
正文独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋以下内容为张勋视角年9月15日...
茶点故事阅读 35,557评论 2赞 319
白月光启示录
正文我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
茶点故事阅读 37,635评论 1赞 329
活死人
序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
沈念sama阅读 33,338评论 4赞 318
日本核电站爆炸内幕
正文年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
茶点故事阅读 38,925评论 3赞 307
男人毒药：我在死后第九天来索命
文/蒙蒙一、第九天我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
开封第一讲书人阅读 29,898评论 0赞 19
一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
文/苍兰香墨我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。一阵脚步声响...
开封第一讲书人阅读 31,142评论 1赞 259
情欲美人皮
我被黑心中介骗来泰国打工，没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。一个月前我还...
沈念sama阅读 42,818评论 2赞 349
代替公主和亲
正文我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
茶点故事阅读 42,347评论 2赞 342

生产者消费者的五种实现

wait() / notify()方法

await() / signal()方法

BlockingQueue阻塞队列方法

Semaphore方法实现同步

PipedInputStream / PipedOutputStream

推荐阅读更多精彩内容