生产者和消费者问题学习以及Java实现
在计算机领域中,生产者-消费者问题(也叫bounded-buffer问题)是一类很经典的多进程同步问题。该问题描述了两类进程,即生产者进程和消费者进程,它们共享一个固定大小的缓冲区作为队列。生产者的任务是产生数据,并放到缓冲区中;同时消费者会消费数据(或者说将数据从缓冲区中移走)。每次生产或者消费数据的个数都是一个。在解决该问题时要确保当缓冲区满了之后,不会再向其中添加数据;当缓冲区为空的时候,消费者不能从中提取数据。
当缓冲区满了时,生产者要么进入休眠状态,要么丢弃产生的数据。等到下次消费者从缓冲区中移走一项数据之后,要通知生产者继续往缓冲区中添加数据。同样的,当消费者发现缓冲区为空时,消费者进入休眠状态。当生产者往缓冲区中写入数据之后,生产者要唤醒消费者来消费数据。该问题可以通过进程间通信来解决,典型的做法是使用信号量。如果该问题解决不当会导致死锁,即生产者和消费者都处于等待唤醒的状态。
这里参考了网上的写法,写了一个很简单的版本。有4个文件:
1. 容器,Container.java
2. 生产者,Producer.java
3. 消费者,Consumer.java
4. 测试文件,Test.java
Producer.java
package com.tuhooo.practice.pcmodel; /**
* 生产者
*/
public class Producer implements Runnable { private Container<Integer> container;
private Object producerMonitor;
private Object consumerMonitor; Producer(Container<Integer> container, Object producerMonitor, Object consumerMonitor) {
this.container = container;
this.producerMonitor = producerMonitor;/*生产者的锁*/
this.consumerMonitor = consumerMonitor;/*消费者的锁*/
} public void run() {
while (true) {
produce();
}
} private void produce() { if (container.isFull()) {
synchronized (producerMonitor) {
try {
if (container.isFull()) {
producerMonitor.wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} else {
synchronized (producerMonitor) {
if (!container.isFull()) {
container.add(0);
try {
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} System.out.println("生产者【" + Thread.currentThread().getId() + "】生产了一个, 一共" + container.getSize() + "个");
}
}
} if (!container.isEmpty()) {
synchronized (consumerMonitor) {
if (!container.isEmpty()) {
consumerMonitor.notify();
}
}
}
}
}
Consumer.java
package com.tuhooo.practice.pcmodel; /**
* 消费者
*/
public class Consumer implements Runnable { private Container<Integer> container;
private Object producerMonitor;
private Object consumerMonitor; Consumer(Container<Integer> container, Object producerMonitor, Object consumerMonitor) {
this.container = container;
this.producerMonitor = producerMonitor;/*生产者的锁*/
this.consumerMonitor = consumerMonitor;/*消费者的锁*/
} public void run() {
while (true) {
consume();
}
} /*消费方法怎么写*/
private void consume() { if (container.isEmpty()) {
//消费者挂起
synchronized (consumerMonitor) {
try {
if (container.isEmpty()) {
consumerMonitor.wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} else {
synchronized (consumerMonitor) {
if (!container.isEmpty()) {
container.get();
try {
Thread.currentThread().sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} System.out.println("消费者【" + Thread.currentThread().getId() + "】消费了一个, 还有" + container.getSize() + "个");
}
}
} if (!container.isFull()) {
synchronized (producerMonitor) {
if (!container.isFull()) {
producerMonitor.notify();
}
}
}
}
}
Container.java
package com.tuhooo.practice.pcmodel; import java.util.LinkedList;
import java.util.List; /**
* 容器
*/
public class Container<T> { private int capacity;
private List<T> list; public Container(int capacity) {
this.capacity = capacity;
list = new LinkedList<T>();
} /*往容器中添加*/
public synchronized boolean add(T product) {
if(list.size() < capacity) {
list.add(product);
return true;
}
return false;
} /*从容器中取*/
public synchronized T get() {
if(list.size() > 0) {
list.remove(0);
}
return null;
} /*判断是否是满的*/
public boolean isFull() {
return list.size() >= capacity;
} public boolean isEmpty() {
return list.size() == 0;
} public synchronized int getSize() {
return list.size();
} public int getCapacity() {
return this.capacity;
}
}
Container有点坑的地方就是不知道什么时候应该加synchronized
Test.java
package com.tuhooo.practice.pcmodel; public class Test { public static void main(String[] args) { Container<Integer> container = new Container<Integer>(10);
Object producerMonitor = new Object();
Object consumerMonitor = new Object(); Thread p1 = new Thread(new Producer(container, producerMonitor, consumerMonitor));
Thread p2 = new Thread(new Producer(container, producerMonitor, consumerMonitor));
Thread c1 = new Thread(new Consumer(container, producerMonitor, consumerMonitor));
Thread c2 = new Thread(new Consumer(container, producerMonitor, consumerMonitor)); p1.start();
p2.start();
c1.start();
c2.start();
}
}
目前先就这么写,暂时运行起来没啥问题,如果有问题恳请各位看官指出。
有待改进地方:
- Container有没有更好的实现方法
- Container可以有多个,这样的话可以随机找到一个可用的Container分配给Producer或者Consumer用
- 感觉代码中有好多的synchronized,感觉性能不是很好
=========================== 更新 ==================
今天再来看这个其实是有问题的,不需要用到两把锁,是因为get和add都是同步方法,那么在执行任意一个的时候dou必须获取对象的锁,其实这两个方法同一时间只有一个可以运行,根本不需要用到两把锁,直接把Container当作锁就可以了。
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