系列文章：
生产者消费者问题（第一部分）
生产者消费者问题也称为有限缓冲问题，是线程同步的一个经典问题：生产者线程和消费者线程共享一块固定大小的缓存，生产者负责生成产品然后存入共享缓冲区中，消费者负责从共享缓冲区中取出产品进行消费。该问题的关键在于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空时消耗数据。
要解决这个问题就必须：让生产者在缓冲区满时休眠，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。同样地，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。
解决生产者消费者问题的方法有很多，这里先介绍最简单的一种，后续的文章中会陆续给出其他的解决方案
1、Object的wait和notify方法
Object.wait()和Thread.sleep()方法在功能上很相似，它们都会导致线程挂起。
但是Thread.sleep()可以指定线程被挂起的时间，当然Object.wait()也有一个重载的方法也可以指定被挂起的时间。
可Thread.sleep()挂起时不会释放线程占有的资源(不会释放锁)，而Object.wait()会暂时释放线程所占有的资源(会释放锁)。
因此Object.wait()调用后其他线程就可以进入synchronized同步代码块执行了。
而Object.notify()就是用来唤醒因调用Object.wait()而挂起的一个线程，另外还有一个Object.notifyAll()方法用来唤醒所有因调用Object.wait()而挂起的线程。
使用Object.wait()方法和notifyAll()方法来实现线程的休眠和唤醒。
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| import java.util.Random;
public class ProducerConsumer {
private static final int BUFFER_SIZE = 100;
static int[] buffer = new int[BUFFER_SIZE];
static int head, tail = 0;
static int count = 0;
static class Producer implements Runnable {
Random random = new Random();
public void run() {
while (true) {
synchronized (buffer) {
while (count >= buffer.length) {
try {
buffer.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
int product = random.nextInt(10);
System.out.println("Producer: 我生产了一个随机数" + product);
buffer[tail] = product;
tail = (tail + 1) % buffer.length;
count++;
buffer.notifyAll();
}
}
}
}
static class Consumer implements Runnable {
public void run() {
while (true) {
synchronized (buffer) {
while (count <= 0) {
try {
buffer.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
int product = buffer[head];
head = (head + 1) % buffer.length;
count--;
System.out.println("Consumer: 我消费了一个随机数" + product);
buffer.notifyAll();
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Producer()).start();
new Thread(new Consumer()).start();
}
}
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2、对共享缓冲区进行封装
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| import java.util.Random;
public class ProducerConsumer {
static class Buffer {
private int[] buffer;
private int head = 0, tail = 0;
private int count = 0;
public Buffer(int size) {
buffer = new int[size];
}
public synchronized void put(int data) {
while (count >= buffer.length) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
buffer[tail] = data;
tail = (tail + 1) % buffer.length;
count++;
notifyAll();
}
public synchronized int take() {
while (count <= 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
int data = buffer[head];
head = (head + 1) % buffer.length;
count--;
notifyAll();
return data;
}
}
static Buffer buffer = new Buffer(10);
static class Producer implements Runnable {
Random random = new Random();
public void run() {
while (true) {
int product = random.nextInt(100);
buffer.put(product);
System.out.println("Producer: 我生产了一个随机数" + product);
}
}
}
static class Consumer implements Runnable {
public void run() {
while (true) {
int product = buffer.take();
System.out.println("Consumer: 我消费了一个随机数" + product);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Producer()).start();
new Thread(new Consumer()).start();
}
}
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3、BlockingQueue
在java.util.concurrent包中有很多类似于上面的Buffer的数据结构，不同的是它们大都使用并发库中的ReentrantLock实现线程的互斥访问。通常它们都是BlockingQueue接口的实现类:
BlockingQueue.put()和BlockingQueue.take()方法和上面的我写的例子中的Buffer.put()和Buffer.take()方法基本类似，不同之处是BlockingQueue.put()和BlockingQueue.take()把InterruptedException抛出来交给外部处理。
在后续的文章中我会对ReentrantLock和这一系列BlockingQueue进行简单的使用和原理分析。
关于java.util.concurrent包中的集合类页可以参考我的这篇文章Java 集合框架总结与巩固
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