精选_毕业设计_基于JAVA的生产者消费者问题_完整源码

# 基于JAVA的生产者消费者问题 # 一、需求分析 为了更好地理解进程同步的机制和过程，决定设计实现生产者消费者问题的解决，以实现进程的同步控制。 题目描述：有n个生产者在生产产品，这些产品将提供给m个消费者去消费，为了使生产者和消费者能并发执行，在两者之间设置一个具有k个缓冲区的缓冲池，生产者将它生产的产品放入一个缓冲区中，消费者可以从缓冲区中取走产品进行消费，显然生产者和消费者之间必须保持同步，即不允许消费者到一个空的缓冲区中取产品，也不允许生产者向一个已经放入产品的缓冲区中再次投放产品。 由此为题，编程实现：输入生产者个数、消费者个数、缓冲区个数、每个生产者生产产品的个数，实现输出：生产者消费者同步执行情况下的具体执行过程。 # 二、概要设计 为了简化编码过程，将题目转变成由线程实现同步，以达到相同的目标，并采用Java实现，在控制台将程序执行的整个过程生产者消费者的执行过程输出出来。 设计初步方案：使用Java的Thread来实现线程的生成，并继承Thread类，重写run()方法，来设定线程中的执行代码。 **生产者流程图**  **消费者流程图**  # 三、详细设计 ## 3.1 设计思想 同步机制，首先采用Java的synchronized来实现对缓冲区的互斥访问，再设置一个信号量来实现对缓冲区为空和为满的状态标记。生产者通过在synchronized同步代码块中先对缓冲区是否为满作出判断，若缓冲区为满，将当前线程添加到缓冲区的等待列表中，线程阻塞，并且在每次生产完一件产品之后唤醒缓冲区的所有等待列表；消费者通过在synchronized同步代码块中先对缓冲区是否为空作出判断，若缓冲区为空，将当前线程加入到缓冲区的等待列表中，并且在每次消费完一件产品之后唤醒缓冲区的所有等待列表。 ## 3.2 模块设计 ### 3.2.1 消费者线程实现类 ```java public class Consumer implements Runnable { private String name;// 线程名称 private List<Object> list;// 共享区 public Consumer(String name, List<Object> list) { this.name = name; this.list = list; } @Override public void run() { loop: while (true) { // 控制权在消费者 synchronized (list) {// 同步块，实现线程互斥 while (list.size() <= 0) // 没产品了 try { // 进程还未完成 if (!Main.completed) list.wait(); else // 进程完成，跳出外循环，结束该线程 break loop; } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); throw new RuntimeException(e); } // 缓冲区还有产品 list.remove(list.size() - 1); System.out.println("线程：" + name + " 消费了1个产品，原来有： " + (list.size() + 1) + " ，当前产品总数：" + list.size()); try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 唤醒其他线程 list.notifyAll(); } } } } ``` ### 3.2.2 生产者线程实现类 ```java public class Producer implements Runnable { private String name;// 线程名称 private List<Object> list;// 共享区 private int productCount;// 每个生产者生产产品数 private int producerCount;// 生产者总个数 public Producer(String name, int productCount, List<Object> list, int producerCount) { this.name = name; this.list = list; this.productCount = productCount; this.producerCount = producerCount; } @Override public void run() { int i = 0; // 生产productCount个产品 while (i < productCount) { // 控制权在生产者 synchronized (list) {// 同步块，实现线程互斥 while (list.size() >= Main.bufferCount) // 缓冲区满，等待 try { list.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); throw new RuntimeException(e); } // 缓冲区还有空间 list.add(new Object()); System.out.println("线程：" + name + " 生产了1个产品，原来有： " + (list.size() - 1) + " ,当前产品总数：" + list.size() + " ,还需生产产品数：" + (productCount - i - 1)); try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 唤醒其他线程 list.notifyAll(); } i++; } // 生产者完成任务，刷新标记位 synchronized (Main.producerCompleted) { Main.producerCompleted.producerCompleted++;// 生产完成，记录标记 // 所有生产者均完成任务 if (Main.producerCompleted.producerCompleted == this.producerCount) { // 进程标记完成 Main.completed = true; // 通知消费者结束线程 synchronized (list) { list.notifyAll(); } } } } } ``` ### 3.2.3 进程结束信号量 ```java public class Complete { public int producerCompleted;// 生产完成的生产者数 } ``` ### 3.2.4 执行代码 ```java public class Main { public static int bufferCount = 10;// 缓冲区，默认为10 public static List<Object> list = new ArrayList<Object>();// 生产好的产品列表 public static Complete producerCompleted = new Complete();// 标记生产完成了的生产者数目 public static boolean completed = false;// 标记本进程是否完成任务,完成了通知消费者结束线程 public static void main(String[] args) { producerCompleted.producerCompleted = 0;// 标记生产完成了的生产者数目，刚开始为0 Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.println("请输入生产者个数："); int producerCount = scanner.nextInt(); System.out.println("请输入消费者个数："); int consumerCount = scanner.nextInt(); System.out.println("请输入缓冲区个数："); bufferCount = scanner.nextInt(); System.out.println("请输入每个生产者生产产品个数："); int productCount = scanner.nextInt(); for (int i = 1; i <= producerCount; i++) { Thread productThread = new Thread(new Producer("生产者" + i, productCount, list,producerCount)); productThread.start(); } for (int i = 1; i <= consumerCount; i++) { Thread consumerThread = new Thread(new Consumer("消费者" + i, list)); consumerThread.start(); } } } ``` # 四、调试分析 **测试数据** - 生产者数量：10 - 消费者数量：5 - 缓冲区数量：10 - 每个生产者生产产品数：3 **执行结果**    **结果分析** 每当缓冲区产品数到了10，也就是满，生产者就会停下来让消费者消费，每当缓冲区产品为0时，消费者就会停下来等待生产者生产产品。 # 五、用户使用说明 在Eclipse中点击 File——Import——Existing Projects into WorkSpace——Browser——找到ProductorConsumer文件夹的路径位置，将本工程导入到Eclipse中，然后右键工程 Run As Java Application，程序便开始执行，根据控制台文字提示输入相应的生产者数量，消费者数量，缓冲区个数，每个生产者生产产品数，便可看见程序的执行过程。 环境说明：本工程建立在 JDK1.7 环境下。