Java设计模式之生产者消费者模式


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。