实现生产者消费者模式的四种方式（Synchronized、Lock、Semaphore、Blocki

godiscoder 发布于2019-08-19 11:05 / 2774人阅读

摘要：所谓生产者消费者模式，即个线程进行生产，同时个线程进行消费，两种角色通过内存缓冲区进行通信图片来源下面我们通过四种方式，来实现生产者消费者模式。通过生产者调用，减少数目可以消费的数量。

所谓生产者消费者模式，即N个线程进行生产，同时N个线程进行消费，两种角色通过内存缓冲区进行通信

图片来源https://www.cnblogs.com/chent...

下面我们通过四种方式，来实现生产者消费者模式。

首先是最原始的synchronized方式

定义库存类（即图中缓存区）

class Stock {
    private String name;
    // 标记库存是否有内容
    private boolean hasComputer = false;

    public synchronized void putOne(String name) {
        // 若库存中已有内容，则生产线程阻塞等待
        while (hasComputer) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.name = name;
        System.out.println("生产者...生产了 " + name);
        // 更新标记
        this.hasComputer = true;
        // 这里用notify的话，假设p0执行完毕，此时c0,c1都在wait, 同时唤醒另一个provider:p1，
        // p1判断标记后休眠，造成所有线程都wait的局面，即死锁；
        // 因此使用notifyAll解决死锁问题
        this.notifyAll();
    }

    public synchronized void takeOne() {
        // 若库存中没有内容，则消费线程阻塞等待生产完毕后继续
        while (!hasComputer) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("消费者...消费了 " + name);
        this.hasComputer = false;
        this.notifyAll();
    }
}

定义生产者和消费者（为了节省空间和方便阅读，这里将生产者和消费者定义成了匿名内部类）

public static void main(String[] args) {
    // 用于通信的库存类
    Stock computer = new Stock();
    // 定义两个生产者和两个消费者
    Thread p1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.putOne("Dell");
            }
        }
    });
    Thread p2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.putOne("Mac");
            }
        }
    });
    
    Thread c1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.takeOne();
            }
        }
    });
    Thread c2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.takeOne();
            }
        }
    });
    p1.start();
    p2.start();
    c1.start();
    c2.start();
}

运行结果图

第二种方式：Lock

Jdk1.5之后加入了Lock接口，一个lock对象可以有多个Condition类,Condition类负责对lock对象进行wait,notify,notifyall操作

定义库存类

class LockStock {
    final Lock lock = new ReentrantLock();
    final Condition notFull = lock.newCondition();
    final Condition notEmpty = lock.newCondition();

    // 加入库存概念，可批量生产和消费
    // 定义最大库存为10
    final String[] stock = new String[10];
    // 写入标记、读取标记、已有商品数量
    int putptr, takeptr, count;

    public void put(String computer) {
        // lock代替synchronized
        lock.lock();
        try {
            // 若库存已满则生产者线程阻塞
            while (count == stock.length)
                notFull.await();
            // 库存中加入商品
            stock[putptr] = computer;
            // 库存已满，指针置零，方便下次重新写入
            if (++putptr == stock.length) putptr = 0;
            ++count;
            System.out.println(computer + " 正在生产数据： -- 库存剩余：" + count);
            notEmpty.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public String take(String consumerName) {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();
            // 从库存中获取商品
            String computer = stock[takeptr];
            if (++takeptr == stock.length) takeptr = 0;
            --count;
            System.out.println(consumerName + " 正在消费数据：" + computer + " -- 库存剩余：" + count);
            notFull.signal();
            return computer;
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

        // 无逻辑作用，放慢速度
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "";
    }
}

以上部分代码摘自java7 API中Condition接口的官方示例

接着还是定义生产者和消费者

public static void main(String[] args) {
    LockStock computer = new LockStock();
    Thread p1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.put("Dell");
            }
        }
    });
    Thread p2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.put("Mac");
            }
        }
    });

    Thread c1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.take("zhangsan");
            }
        }
    });
    Thread c2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                computer.take("李四");
            }
        }
    });
    // 两个生产者两个消费者同时运行
    p1.start();
    p2.start();
    c1.start();
    c2.start();
}

运行结果图：

第三种方式：Semaphore
首先依旧是库存类：

class Stock {
    List stock = new LinkedList();
    // 互斥量，控制共享数据的互斥访问
    private Semaphore mutex = new Semaphore(1);

    // canProduceCount可以生产的总数量。 通过生产者调用acquire，减少permit数目
    private Semaphore canProduceCount = new Semaphore(10);

    // canConsumerCount可以消费的数量。通过生产者调用release，增加permit数目
    private Semaphore canConsumerCount = new Semaphore(0);

    public void put(String computer) {
        try {
            // 可生产数量 -1
            canProduceCount.acquire();
            mutex.acquire();
            // 生产一台电脑
            stock.add(computer);
            System.out.println(computer + " 正在生产数据" + " -- 库存剩余：" + stock.size());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 释放互斥锁
            mutex.release();
            // 释放canConsumerCount，增加可以消费的数量
            canConsumerCount.release();
        }
        // 无逻辑作用，放慢速度
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void get(String consumerName) {
        try {
            // 可消费数量 -1
            canConsumerCount.acquire();
            mutex.acquire();
            // 从库存消费一台电脑
            String removedVal = stock.remove(0);
            System.out.println(consumerName + " 正在消费数据：" + removedVal + " -- 库存剩余：" + stock.size());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            mutex.release();
            // 消费后释放canProduceCount，增加可以生产的数量
            canProduceCount.release();
        }
    }
}

还是生产消费者：

public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 用于多线程操作的库存变量
        final Stock stock = new Stock();
        // 定义两个生产者和两个消费者
        Thread dellProducer = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    stock.put("Del");
                }
            }
        });
        Thread macProducer = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    stock.put("Mac");
                }
            }
        });
        Thread consumer1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    stock.get("zhangsan");
                }
            }
        });
        Thread consumer2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    stock.get("李四");
                }
            }
        });
        dellProducer.start();
        macProducer.start();
        consumer1.start();
        consumer2.start();
    }
}

运行结果图：

第四种方式：BlockingQueue
BlockingQueue的put和take底层实现其实也是使用了第二种方式中的ReentrantLock+Condition，并且帮我们实现了库存队列，方便简洁
1、定义生产者

class Producer implements Runnable {
    // 库存队列
    private BlockingQueue stock;
    // 生产/消费延迟
    private int timeOut;
    private String name;

    public Producer(BlockingQueue stock, int timeout, String name) {
        this.stock = stock;
        this.timeOut = timeout;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                stock.put(name);
                System.out.println(name + " 正在生产数据" + " -- 库存剩余：" + stock.size());
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(timeOut);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2、定义消费者

class Consumer implements Runnable {
    // 库存队列
    private BlockingQueue stock;
    private String consumerName;

    public Consumer(BlockingQueue stock, String name) {
        this.stock = stock;
        this.consumerName = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                // 从库存消费一台电脑
                String takeName = stock.take();
                System.out.println(consumerName + " 正在消费数据：" + takeName + " -- 库存剩余：" + stock.size());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3、定义库存并运行

public static void main(String[] args) {
        // 定义最大库存为10
        BlockingQueue stock = new ArrayBlockingQueue<>(10);
        Thread p1 = new Thread(new Producer(stock, 500, "Mac"));
        Thread p2 = new Thread(new Producer(stock, 500, "Dell"));
        Thread c1 = new Thread(new Consumer(stock,"zhangsan"));
        Thread c2 = new Thread(new Consumer(stock, "李四"));

        p1.start();
        p2.start();
        c1.start();
        c2.start();

    }

运行结果图：

感谢阅读~欢迎指正和补充~~~

idc机房托管专线服务对数据仓库分析的四种方式对集群生产消费实现数据迁移 activity的四种状态数据迁移的四种方法

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