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：
[java] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
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：
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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：
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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。

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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 {
//}
}