Java多线程实现生产者消费者

在Java编程中，多线程是并发编程的重要组成部分，它允许程序同时执行多个任务，从而提高了系统的效率和响应性。本示例中的“生产者-消费者”模型是一种经典的多线程问题，它模拟了实际生产环境中的资源分配与消耗过程。下面我们将详细探讨如何在Java中实现这个模型。 我们要理解生产者-消费者模型的基本概念。在这个模型中，“生产者”线程负责生成产品并放入“仓库”，而“消费者”线程则负责从仓库中取出产品并进行消费。为了保证数据的一致性和避免竞态条件（多个线程同时访问同一资源导致数据不一致），我们需要使用同步机制，如Java的`synchronized`关键字或`java.util.concurrent`包中的工具类。 在这个特定的场景中，仓库被实现为一个栈，其容量为10。栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，适合用于简单的存取操作。我们可以通过`java.util.Stack`类来实现栈，或者自定义一个栈类，包含`push()`和`pop()`方法，以及检查栈是否为空或满的方法。 同步实现的关键在于，当仓库满时，生产者必须等待，直到消费者消费了一些产品；同样，当仓库空时，消费者也需要等待，直到生产者生产了新的产品。我们可以使用`wait()`和`notify()`方法来实现这种同步。这两个方法位于`java.lang.Object`类中，只有在`synchronized`块或方法内才能调用。 下面是一个简化版的实现： ```java import java.util.Stack; public class Warehouse { private Stack<Integer> stack; private int capacity; private int count; public Warehouse(int capacity) { this.stack = new Stack<>(); this.capacity = capacity; } public synchronized void produce(int product) throws InterruptedException { while (count == capacity) { wait(); } stack.push(product); count++; notifyAll(); } public synchronized int consume() throws InterruptedException { while (count == 0) { wait(); } int product = stack.pop(); count--; notifyAll(); return product; } } ``` 在这个`Warehouse`类中，`produce()`和`consume()`方法都是`synchronized`的，确保同一时间只有一个生产者或消费者可以执行。如果仓库已满，生产者会调用`wait()`进入等待状态，直到其他线程调用`notifyAll()`唤醒它们。同样，如果仓库为空，消费者也会等待。每次生产和消费后，都会调用`notifyAll()`来唤醒可能等待的线程。 然后，我们需要创建生产者和消费者线程。每个生产者线程会随机生成产品并调用`produce()`方法，而消费者线程则不断调用`consume()`方法。为了实现多个线程，我们可以使用`Thread`类或者`java.util.concurrent.ExecutorService`，后者提供了更高级的线程池管理功能。 ```java public class Producer implements Runnable { private Warehouse warehouse; public Producer(Warehouse warehouse) { this.warehouse = warehouse; } @Override public void run() { // 生产逻辑 } } public class Consumer implements Runnable { private Warehouse warehouse; public Consumer(Warehouse warehouse) { this.warehouse = warehouse; } @Override public void run() { // 消费逻辑 } } ``` 启动线程并运行程序： ```java public class Main { public static void main(String[] args) { Warehouse warehouse = new Warehouse(10); Thread producer1 = new Thread(new Producer(warehouse)); Thread producer2 = new Thread(new Producer(warehouse)); Thread consumer = new Thread(new Consumer(warehouse)); producer1.start(); producer2.start(); consumer.start(); try { producer1.join(); producer2.join(); consumer.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } ``` 这就是一个基本的Java“生产者-消费者”模型实现。通过这样的设计，我们可以有效地控制生产者和消费者的执行顺序，确保了数据的正确性，并且避免了先消费后生产的情况。在实际应用中，可能需要根据具体需求进行优化，例如添加异常处理、使用更高级的同步工具（如`BlockingQueue`）、调整线程数量等。