Java 生产者消费者问题

在JAVA中，一共有四种方法支持同步，其中三个是同步方法，一个是管道方法。

1.       方法wait()/notify()

2.       方法await()/signal()

3.       阻塞队列方法BlockingQueue

4.       管道方法PipedInputStream/PipedOutputStream

下面我们看各个方法的实现：

1.       方法wait()/notify()

wait()和notify()是根类Object的两个方法，也就意味着所有的JAVA类都会具有这个两个方法，为什么会被这样设计呢？我们可以认为所有的对象默认都具有一个锁，虽然我们看不到，也没有办法直接操作，但它是存在的。

wait()方法表示：当缓冲区已满或空时，生产者或消费者线程停止自己的执行，放弃锁，使自己处于等待状态，让另一个线程开始执行；

notify()方法表示：当生产者或消费者对缓冲区放入或取出一个产品时，向另一个线程发出可执行通知，同时放弃锁，使自己处于等待状态。

下面是一个例子代码：

package thread;
import java.util.LinkedList;

public class ProducerConsumer {
    private LinkedList<Object> storeHouse = new LinkedList<Object>();
    private int MAX = 10;

    public ProducerConsumer() {
    }

    public void start() {
        new Producer().start();
        new Comsumer().start();
    }

    class Producer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (storeHouse) {
                    try {
                        while (storeHouse.size() == MAX) {
                            System.out.println("storeHouse is full , please wait");
                            storeHouse.wait();
                        }
                        Object newOb = new Object();
                        if (storeHouse.add(newOb)) {
                            System.out.println("Producer put a Object to storeHouse");
                            Thread.sleep((long) (Math.random() * 3000));
                            storeHouse.notify();
                        }
                    } catch (InterruptedException ie) {
                        System.out.println("producer is interrupted!");
                    }

                }
            }
        }
    }

    class Comsumer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (storeHouse) {
                    try {
                        while (storeHouse.size() == 0) {
                            System.out.println("storeHouse is empty , please wait");
                            storeHouse.wait();
                        }
                        storeHouse.removeLast();
                        System.out.println("Comsumer get  a Object from storeHouse");
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 3000));
                        storeHouse.notify();
                    } catch (InterruptedException ie) {
                        System.out.println("Consumer is interrupted");
                    }

                }
            }

        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ProducerConsumer pc = new ProducerConsumer();
        pc.start();
    }
}

2.       方法await()/signal()

在JDK5.0以后，JAVA提供了新的更加健壮的线程处理机制，包括了同步、锁定、线程池等等，它们可以实现更小粒度上的控制。await()和 signal()就是其中用来做同步的两种方法，它们的功能基本上和wait()/notify()相同，完全可以取代它们，但是它们和新引入的锁定机制 Lock直接挂钩，具有更大的灵活性。

下面是一个例子代码：

package thread;

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

public class ProducerConsumer2 {
    private LinkedList<Object> myList = new LinkedList<Object>();
    private int MAX = 10;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition full = lock.newCondition();
    private final Condition empty = lock.newCondition();

    public ProducerConsumer2() {
    }

    public void start() {
        new Producer().start();
        new Consumer().start();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ProducerConsumer2 s2 = new ProducerConsumer2();
        s2.start();
    }

    class Producer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                lock.lock();
                try {
                    while (myList.size() == MAX) {
                        System.out.println("warning: it's full!");
                        full.await();
                    }
                    Object o = new Object();
                    if (myList.add(o)) {
                        System.out.println("Producer: " + o);
                        empty.signal();
                    }
                } catch (InterruptedException ie) {
                    System.out.println("producer is interrupted!");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }

    class Consumer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                lock.lock();
                try {
                    while (myList.size() == 0) {
                        System.out.println("warning: it's empty!");
                        empty.await();
                    }
                    Object o = myList.removeLast();
                    System.out.println("Consumer: " + o);
                    full.signal();
                } catch (InterruptedException ie) {
                    System.out.println("consumer is interrupted!");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }

}

3.       阻塞队列方法BlockingQueue

BlockingQueue也是JDK5.0的一部分，它是一个已经在内部实现了同步的队列，实现方式采用的是我们的第2种await()/signal()方法。它可以在生成对象时指定容量大小。

它用于阻塞操作的是put()和take()方法。

put()方法类似于我们上面的生产者线程，容量最大时，自动阻塞。

take()方法类似于我们上面的消费者线程，容量为0时，自动阻塞。

下面是一个例子代码：

package thread;

import java.util.concurrent.*;

public class ProducerConsumer3 {
    // 建立一个阻塞队列
    private LinkedBlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<Object>(10);

    public ProducerConsumer3() {
    }

    public void start() {
        new Producer().start();
        new Consumer().start();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ProducerConsumer3 s3 = new ProducerConsumer3();
        s3.start();
    }

    class Producer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    Object o = new Object();
                    // 取出一个对象
                    queue.put(o);
                    System.out.println("Producer: " + o);
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("producer is interrupted!");
                }
            }
        }
    }

    class Consumer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    // 取出一个对象
                    Object o = queue.take();
                    System.out.println("Consumer: " + o);
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("producer is interrupted!");
                }
            }
        }
    }

}

4.       管道方法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。

package thread;

import java.io.*;

public class ProducerConsumer4{
    private PipedOutputStream pos;
    private PipedInputStream pis;
    //private ObjectOutputStream oos;
    //private ObjectInputStream ois;

    public ProducerConsumer4(){
        try{
            pos = new PipedOutputStream();
            pis = new PipedInputStream(pos);
            //oos = new ObjectOutputStream(pos);
            //ois = new ObjectInputStream(pis);
        }catch(IOException e){
            System.out.println(e);
        }
    }

    public void start(){
        new Producer().start();
        new Consumer().start();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ProducerConsumer4 s4 = new ProducerConsumer4();
        s4.start();
    }

    class Producer extends Thread{
        public void run(){
            try{
                while(true){
                    int b = (int) (Math.random() * 255);
                    System.out.println("Producer: a byte, the value is " + b);
                    pos.write(b);
                    pos.flush();
                    //Object o = new MyObject();
                    //oos.writeObject(o);
                    //oos.flush();
                    //System.out.println("Producer: " + o);
                }
            }catch(Exception e){
                //System.out.println(e);
                e.printStackTrace();
            }finally{
                try{
                    pos.close();
                    pis.close();
                    //oos.close();
                    //ois.close();
                }catch(IOException e){
                    System.out.println(e);
                }
            }
        }
    }

    class Consumer extends Thread{
        public void run(){
            try{
                while(true){
                    int b = pis.read();
                    System.out.println("Consumer: a byte, the value is " + String.valueOf(b));
                    //Object o = ois.readObject();
                    //if(o != null)
                        //System.out.println("Consumer: " + o);
                }
            }catch(Exception e){
                //System.out.println(e);
                e.printStackTrace();
            }finally{
                try{
                    pos.close();
                    pis.close();
                    //oos.close();
                    //ois.close();
                }catch(IOException e){
                    System.out.println(e);
                }
            }
        }
    }

    //class MyObject implements Serializable {
    //}
}

转自：http://blog.csdn.net/jiutianhe/article/details/32317733