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 {
                                //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。