1 概述

生产者消费者问题是多线程的一个经典问题,它描述是有一块缓冲区作为仓库,生产者可以将产品放入仓库,消费者则可以从仓库中取走产品。

解决生产者/消费者问题的方法可分为两类:

  • 采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步;
  • 在生产者和消费者之间建立一个管道。

第一种方式有较高的效率,并且易于实现,代码的可控制性较好,属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制,被传输数据对象不易于封装等,实用性不强。

在Java中有四种方法支持同步,其中前三个是同步方法,一个是管道方法。

  • wait() / notify()方法
  • await() / signal()方法
  • BlockingQueue阻塞队列方法
  • PipedInputStream / PipedOutputStream

本文只介绍前三种。

2 实现

2.1 wait() / notify()方法

wait() / nofity()方法是基类Object的两个方法:

  • wait()方法:当缓冲区已满/空时,生产者/消费者线程停止自己的执行,放弃锁,使自己处于等等状态,让其他线程执行。
  • notify()方法:当生产者/消费者向缓冲区放入/取出一个产品时,向其他等待的线程发出可执行的通知,同时放弃锁,使自己处于等待状态。

缓冲区Storage.java代码如下:

生产者Producer.java代码如下:

消费者Cosumer.java代码如下:

结果如下:

2.2 await() / signal()方法

await()和signal()的功能基本上和wait() / nofity()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。通过在Lock对象上调用newCondition()方法,将条件变量和一个锁对象进行绑定,进而控制并发程序访问竞争资源的安全。

缓冲区Storage.java代码如下:

2.3 BlockingQueue

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,容量达到最大时,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。