（一道面试题）线程深入-生产者消费者问题

一.生产者消费者问题?

1.生产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

2.解决办法:

要解决该问题，就必须让生产者在缓冲区满时休眠（要么干脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，生产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。通常采用进程间通信的方法解决该问题，常用的方法有信号灯法等。如果解决方法不够完善，则容易出现死锁的情况。出现死锁时，两个线程都会陷入休眠，等待对方唤醒自己。该问题也能被推广到多个生产者和消费者的情形。

二.编码实现生产者消费者问题

1.先上结果图：我定义了三个生产者分别时张飞，赵云还有关羽，两个消费者分别时曹操还有刘备.

先上结果图是为了说明：多线程说白了就是对cpu资源的抢夺,谁抢到了就可以执行自己的方法.

2.生产者消费者实现步骤:

(1).因为生产者跟消费者共享一块区域,这里我将这块区域定义为“仓库”。

(2).仓库是有容量上限的,当数量达到上限后,生产者不允许继续生产产品.当前线程进入等待状态,等待其他线程唤醒。

(3).当仓库没有产品时，消费者不允许继续消费，当前线程进入等待状态,等待其他线程唤醒。

3.代码的实现：

(1).生产者跟消费者之间消费的是产品，所有先定义一个产品类:

public class Product {
	//定义产品的唯一ID
    int id;
    //定义构造方法初始化产品id
	public Product(int id) {
		this.id=id;
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}
}

(2).定义一个仓库用来存放产品.

public class Repertory {
	//定义一个集合类用于存放产品.规定仓库的最大容量为10.
    public LinkedList<Product> store=new LinkedList<Product>();
	public LinkedList<Product> getStore() {
		return store;
	}
	public void setStore(LinkedList<Product> store) {
		this.store = store;
	}
	/* 生产者方法
	 * push()方法用于存放产品.
	 * 参数含义:第一个是产品对象
	 * 第二个是线程名称，用来显示是谁生产的产品.
	 * 使用synchronized关键字修饰方法的目的：
	 * 最多只能有一个线程同时访问该方法.
	 * 主要是为了防止多个线程访问该方法的时候，将参数数据进行的覆盖，从而发生出错.
	 */
	public synchronized void push(Product p,String threadName)
	{
		/* 仓库容量最大值为10,当容量等于10的时候进入等待状态.等待其他线程唤醒
		 * 唤醒后继续循环，等到仓库的存量小于10时，跳出循环继续向下执行准备生产产品.
		 */	
		while(store.size()==10){
			try {
				//打印日志
				System.out.println(threadName+"报告:仓库已满--->进入等待状态--->呼叫老大过来消费");
				//因为仓库容量已满，无法继续生产，进入等待状态，等待其他线程唤醒.
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		//唤醒所有等待线程
		this.notifyAll();
		//将产品添加到仓库中.
		store.addLast(p);
		//打印生产日志
		System.out.println(threadName+"生产了:"+p.id+"号产品"+" "+"当前库存来:"+store.size());
		try {
			//为了方便观察结果,每次生产完后等待0.1秒.
			Thread.sleep(100);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
	}
	/* 消费者方法
	 * pop()方法用于存放产品.
	 * 参数含义:线程名称，用来显示是谁生产的产品.
	 * 使用synchronized关键字修饰方法的目的：
	 * 最多只能有一个线程同时访问该方法.
	 * 主要是为了防止多个线程访问该方法的时候，将参数数据进行的覆盖，从而发生出错.
	 */
	public synchronized void pop(String threadName){
		/* 当仓库没有存货时,消费者需要进行等待.等待其他线程来唤醒
		 * 唤醒后继续循环，等到仓库的存量大于0时，跳出循环继续向下执行准备消费产品.
		 */
		while(store.size()==0)
		{
			try {
				//打印日志
				System.out.println(threadName+"下命令:仓库已空--->进入等待状态--->命令小弟赶快生产");
				//因为仓库容量已空，无法继续消费，进入等待状态，等待其他线程唤醒.
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		//唤醒所有等待线程
		this.notifyAll();
		//store.removeFirst()方法将产品从仓库中移出.
		//打印日志
		System.out.println(threadName+"消费了:"+store.removeFirst().id+"号产品"+" "+"当前库存来:"+store.size());
		try {
			//为了方便观察结果,每次生产完后等待1秒.
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

(3).定义生产者

public class Producer implements Runnable {
	//定义一个静态变量来记录产品号数.确保每一个产品的唯一性.
	public static  Integer count=0;
	//定义仓库
    Repertory repertory=null;
    //构造方法初始化repertory(仓库)
	public Producer(Repertory repertory) {
		this.repertory=repertory;
	}
	/* run()方法因为该方法中存在非原子性操作count++;
	 * 当多个线程同时访问时会发生count++的多次操作,导致出错
	 * 为该方法添加同步错做,确保每一次只能有一个生产者进入该模块。
	 * 这样就能保证count++这个操作的安全性.
	 */
	@Override
	public void run() {
			while (true) {		
				synchronized(Producer.class){
					count++;
					Product product=new Product(count);
					repertory.push(product,Thread.currentThread().getName());
				}
			    			
			
		}
		
	}
}

(4).定义一个消费者

public class Consumer implements Runnable {
	//定义仓库
	Repertory repertory=null;
	//构造方法初始化repertory(仓库)
	public Consumer(Repertory repertory) {
		this.repertory=repertory;
	}
	//实现run()方法,并将当前的线程名称传入.
	@Override
	public  void run() {
		while(true){
			repertory.pop(Thread.currentThread().getName());
		}
	}

}

(5).测试类

public class TestDemo {
  public static void main(String[] args) {
	//定义一个仓库,消费者和生产者都使用这一个仓库
	Repertory repertory=new Repertory();
	//定义三个生产者(p1,p2,p3)
	Producer p1=new Producer(repertory);
	Producer p2=new Producer(repertory);
	Producer p3=new Producer(repertory);
	//定义两个消费者(c1,c2)
	Consumer c1=new Consumer(repertory);
	Consumer c2=new Consumer(repertory);
	//定义5个线程(t1,t2,t3,t4,t5)
	Thread t1=new Thread(p1,"张飞");
	Thread t2=new Thread(p2,"赵云");
	Thread t3=new Thread(p3,"关羽");
	Thread t4=new Thread(c1,"刘备");
	Thread t5=new Thread(c2,"曹操");
	//因为关羽跟赵云的生产积极性高,所以把他们的线程优先级调高一点
	t2.setPriority(10);
	t3.setPriority(10);
	//启动线程
	t1.start();
	t2.start();
	t3.start();
	t4.start();
	t5.start();
  }
}

三.总结:

生产者消费者问题我也是弄了好几天才略有头绪,弄完了就把自己的认识贴了出来,欢迎各位指点