完全理解Java中生產(chǎn)者和消費者模型

1、生產(chǎn)者與消費者模型在平時的編程中，經(jīng)常遇到一個線程要產(chǎn)生數(shù)據(jù)，而另一個線程要處理產(chǎn)生出來的數(shù)據(jù)，這其實就是生產(chǎn)者和消費者的關(guān)系。生產(chǎn)者在產(chǎn)生數(shù)據(jù)后可以直接調(diào)用消費者處理數(shù)據(jù)；也可以把數(shù)據(jù)放在一個緩沖區(qū)中，讓消費者從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)處理，兩種方式從調(diào)用方式上來說，第一種可是說是同步的，即生產(chǎn)者在生產(chǎn)出數(shù)據(jù)后要等待消費者消耗掉后才能生產(chǎn)下一個數(shù)據(jù)，等待時間的長短取決于消費者處理數(shù)據(jù)的能力；第二種方式是異步的，生產(chǎn)者只管生產(chǎn)數(shù)據(jù)，然后扔到一個緩沖區(qū)內(nèi)，不管數(shù)據(jù)是否被立即處理了，消費者則從緩沖區(qū)中依次取出數(shù)據(jù)進行自己節(jié)奏的處理。從線程模型角度來說，第一種是單線程的，而第二種則是多線程的。多線程必須要考

2、慮的一個問題是線程之間的協(xié)作，協(xié)作即協(xié)調(diào)合作，不要亂套，以生產(chǎn)者和消費者模型而言，就是當緩沖區(qū)里沒有數(shù)據(jù)時消費者要等待，等待生產(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)據(jù)，當緩沖區(qū)滿的時候生產(chǎn)者要等待，等待消費者消耗掉一些數(shù)據(jù)空出位置好存放數(shù)據(jù)。TOC o 1-5 h z中為了實現(xiàn)多線程之間的協(xié)助，需要用到幾個特性：（），（）,（）,相當于操作系統(tǒng)里的臨界區(qū)或者鎖的概念，所謂臨界區(qū)就是說一次只能有一個線程進去，其他想進入的線程必須等待，加了鎖后，才能調(diào)用（），（）和（）操作，方法被調(diào)用后，當前線程（舉例）進入被加鎖對象的線程休息室，然后釋放鎖，等待被喚醒。釋放的鎖誰來獲?。慨斎皇怯上惹暗却牧硪粋€線程得到，在獲得鎖后，進行某

3、種操作后通過或者把從線程休息室喚醒，然后釋放鎖，被喚醒后，重新獲取鎖定，進行下一語句的執(zhí)行。再回到生產(chǎn)者和消費者模型，如果引入了緩沖區(qū)的話就需要處理生產(chǎn)者線程和消費者線程之間的協(xié)作，緩沖區(qū)可以有這幾種，隊列緩沖區(qū)，比如隊列或者棧，隊列緩沖區(qū)的特點是其長度是動態(tài)增長的，這就意味著內(nèi)存的動態(tài)分配帶來的性能開銷，同時隊列緩沖區(qū)還會產(chǎn)生因為多線程之間的同步和互斥帶來的開銷。環(huán)形緩沖區(qū)可以解決內(nèi)存分配帶來開銷的問題，因為環(huán)形緩沖區(qū)長度是固定的。但是環(huán)形緩沖區(qū)還是無法解決同步互斥帶來的多線程切換的開銷，如果生產(chǎn)者和消費者都不止一個線程，帶來的開銷更大，終極解決辦法是引入雙緩沖區(qū)，何為雙緩沖區(qū)？雙緩沖區(qū)顧名

4、思義是有兩個長度固定的緩沖區(qū)，生產(chǎn)者和消費者只使用其中一個，當兩個緩沖區(qū)都操作完成后完成一次切換，開始時生產(chǎn)者開始向里寫數(shù)據(jù)，消費者從里讀取數(shù)據(jù)，當寫滿同時也讀完后，切換一下，這時消費者從里取數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者向?qū)憯?shù)據(jù)，由于生產(chǎn)者和消費者不會同時操作同一個緩沖區(qū)，所以不會發(fā)生沖突。生產(chǎn)者和消費者模型不止是用在多線程之間，不同進程之間也可以有。線程和進程到底有什么區(qū)別？這是很多程序員搞不清的問題，其實很簡單，進程有自己的地址空間和上下文，線程是在一個進程上并發(fā)執(zhí)行的代碼段。其實在系統(tǒng)中進程只是占用一定長度的地址空間，進程中總是有一個主線程來運行。消費者和生產(chǎn)者模型應用于進程間通信的典型例子是分布式消息

5、處理，消息的消費者進程需要一個緩沖區(qū)緩沖收到的消息，消息的生產(chǎn)者進程也需要一個緩沖區(qū)緩沖將要發(fā)送的消息，這樣可以一定程度上減少因為網(wǎng)絡(luò)斷開引起的消息丟失。對于此模型，應該明確一下幾點：1，生產(chǎn)者僅僅在倉儲未滿時生產(chǎn)，倉滿則停止生產(chǎn)。2，消費者僅僅在倉儲有產(chǎn)品時才能消費，倉空則等待。3，當消費者發(fā)現(xiàn)倉儲沒有產(chǎn)品的時候會通知生產(chǎn)者生產(chǎn)。4，生產(chǎn)者在生產(chǎn)出可消費產(chǎn)品的時候，應該通知等待的消費者去消費。以下是它的具體實現(xiàn)：publicclassProducerConsumerpublicstaticvoidmain(Stringargs)SyncStackss=newSyncStack();Produ

6、cerp=newProducer(ss);Consumerc=newConsumer(ss);newThread(p).start();newThread(c).start();8，9，10,classWoTouintid;WoTou(intid)this.id=id;TOC o 1-5 h zpublicStringtoString()returnWoTou:+id;20,classSyncStackintindex=0;WoTouarrWT=newWoTou6;24,publicsynchronizedvoidpush(WoTouwt)while(index=arrWTength)tryt

7、his.wait();catch(InterruptedExceptione)e.printStackTrace();TOC o 1-5 h zthis.notify();arrWTindex=wt;index+;37,publicsynchronizedWoToupop()while(index=0)trythis.wait();42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,c

8、atch(lnterruptedExceptione)e.printStackTrace();this.notify();index-;returnarrWTindex;classProducerimplementsRunnableSyncStackss=null;ProducersyncStackss)this.ss=ss;publicvoidrun()for(inti=0;i20;i+)WoTouwt=newWoTou(i);ss.push(wt);System.out.println(生產(chǎn)了:”+wt);tryThread.sleep(int)(Math.random()*2);catc

9、h(InterruptedExceptione)e.printStackTrace();classConsumerimplementsRunnableSyncStackss=null;Consumer(SyncStackss)this.ss=ss;publicvoidrun()for(inti=0;i20;i+)WoTouwt=ss.pop();System.out.println(消費了:+wt);tryThread.sleep(int)(Math.random()*1000);catch(InterruptedExceptione)e.printStackTrace();TOC o 1-5 h z86,89,附：1程序、進程和線程程序,就是一段靜態(tài)的可執(zhí)行的代碼。進程,就是程序的一次動態(tài)的執(zhí)行過程。線程,是程序從頭到尾的執(zhí)行路線,也稱為輕量級的進程。一個進程在執(zhí)行過程中,可以產(chǎn)生多個線程,形成多個執(zhí)行路線。但線程間是彼此相互獨立的。各個線程可以共享相同的內(nèi)存空間,并利用共享內(nèi)存來完成數(shù)據(jù)交換、實時通信和一些同步的工作。而進程都占有不同的內(nèi)存空間。單線程是指一個程序只有一條從開始到結(jié)束的順序的執(zhí)行路線。多線程是多個彼此獨立的線程,多條執(zhí)行路線。2.wait()、notify()可以在任何位置調(diào)