"java并发学习之BlockingQueue实现生产者消费者详解" BlockingQueue是Java util.concurrent包下重要的数据结构，提供了线程安全的队列访问方式。在多线程应用中，常用于生产-消费场景。BlockingQueue有多种实现，包括ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、DelayQueue、SynchronousQueue、LinkedTransferQueue、LinkedBlockingDeque等。 BlockingQueue的特点是，当队列已满时，线程将会阻塞等待直到队列非满；从阻塞队列取数据时，如果队列已空，线程将会阻塞等待直到队列非空。BlockingQueue提供了四种处理方法：抛出异常、返回true/false、阻塞和超时阻塞。 阻塞队列与普通队列的主要区别在于，当队列是空的时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，或者当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样，试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞，直到其他的线程使队列重新变得空闲起来。 在生产者消费者模式中，BlockingQueue可以作为共享的队列，生产者不断地将元素放入队列中，而消费者则不断地从队列中取出元素。如果队列已满，生产者将被阻塞直到队列非满。如果队列为空，消费者将被阻塞直到队列非空。 BlockingQueue的应用场景非常广泛，如在多线程应用中，用于实现生产者消费者模式、消息队列、缓存等。在实际项目中，可以根据需要选取适合的BlockingQueue实现和处理方法。 通过 BlockingQueue，可以实现以下几个方面的功能： * 线程安全的队列访问 * 生产者消费者模式的实现 * 消息队列的实现 * 缓存的实现 * 高效的数据传输 通过本文的学习，读者可以了解BlockingQueue的基本概念、特点和应用场景，并且可以掌握BlockingQueue的使用方法和实现技巧，从而更好地应用BlockingQueue在实际项目中。

Java基于Lock的生产者消费者模型示例 Java中的生产者消费者模型是指一个线程（生产者）生产数据，并将其存储在缓冲区中，而另一个线程（消费者）从缓冲区中取出数据并进行处理。Java中基于Lock的生产者消费者模型是使用Lock和Condition来实现线程同步和通信的。 在本示例中，我们使用了ReentrantLock和Condition来实现生产者消费者模型。ReentrantLock是Java中的一种可重入锁，它可以多次锁定和解锁，避免了死锁的发生。Condition是ReentrantLock中的一个条件变量，它可以让线程在满足某些条件时被唤醒。 在Clerk类中，我们使用了Lock和Condition来实现生产者和消费者的同步。生产者线程在生产数据时，会调用get方法，并在其中使用lock.lock()方法锁定锁，并检查产品的数量是否大于等于1，如果是，则等待condition.await()方法的唤醒，否则，生产者线程会继续生产数据，并将产品数量增加1，并使用condition.signalAll()方法唤醒所有等待的消费者线程。 消费者线程在消费数据时，会调用sale方法，并在其中使用lock.lock()方法锁定锁，并检查产品的数量是否小于等于0，如果是，则等待condition.await()方法的唤醒，否则，消费者线程会继续消费数据，并将产品数量减少1，并使用condition.signalAll()方法唤醒所有等待的生产者线程。 在main方法中，我们创建了一个Clerk对象，并创建了两个生产者线程和两个消费者线程，开始执行线程后，生产者线程开始生产数据，并将其存储在缓冲区中，而消费者线程则从缓冲区中取出数据并进行处理。 本示例中，我们使用了Lock和Condition来实现生产者消费者模型，避免了使用synchronized关键字的方式，而是使用了Lock和Condition来实现线程同步和通信，提高了程序的性能和可读性。 知识点： * Java中的生产者消费者模型 * Lock和Condition的使用 * ReentrantLock和Condition的使用 * 线程同步和通信的实现 * 生产者消费者模型的实现 相关技术： * Java多线程编程 * 线程同步和通信 * Lock和Condition的使用 * ReentrantLock和Condition的使用 注意：本示例中，我们使用了ReentrantLock和Condition来实现生产者消费者模型，但是在实际开发中，可能需要根据具体情况选择不同的同步机制和方式。

Java多种方式实现生产者消费者模式 Java中实现生产者消费者模式有多种方式，下面将详细介绍两种方式：使用synchronized和Object的wait和notifyAll方法，使用jdk1.8的Lock和Condition。 方式一：使用synchronized和Object的wait和notifyAll方法 在Java中，使用synchronized关键字可以实现线程同步，wait()方法可以使当前线程阻塞，notify()或notifyAll()方法可以唤醒当前线程。下面是一个示例代码： ```java class ShareData1 { public int number = 0; public synchronized void increment() throws Exception { while (number != 0) { this.wait(); } number++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + number); this.notifyAll(); } public synchronized void decrement() throws InterruptedException { while (number != 1) { this.wait(); } number--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + number); this.notifyAll(); } } public class ProdConsumerDemo1 { public static void main(String[] args) { ShareData1 shareData = new ShareData1(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { shareData.increment(); } catch (Exception e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }, "A").start(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { shareData.decrement(); } catch (Exception e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }, "B").start(); } } ``` 方式二：使用jdk1.8的Lock和Condition 在Java8中，Lock和Condition可以实现线程同步，ReentrantLock可以实现可重入锁，Condition可以实现线程之间的通信。下面是一个示例代码： ```java class ShareData2 { private int number = 0; private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition condition = lock.newCondition(); public void increment() throws Exception { lock.lock(); try { while (number != 0) { condition.await(); } number++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + number); condition.signalAll(); } finally { lock.unlock(); } } public void decrement() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (number != 1) { condition.await(); } number--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + number); condition.signalAll(); } finally { lock.unlock(); } } } ``` 生产者消费者模式的特点 生产者消费者模式是一种经典的多线程同步模式，通过共享资源来实现线程之间的通信。在Java中，使用synchronized和Object的wait和notifyAll方法或jdk1.8的Lock和Condition可以实现生产者消费者模式。这种模式有以下特点： * 高内聚：生产者和消费者之间的耦合性很高，生产者和消费者之间的交互是紧密的。 * 低耦合：生产者和消费者之间的耦合性很低，生产者和消费者之间的交互是松散的。 应用场景 生产者消费者模式有很多应用场景，例如： * 多线程之间的数据交换 * 任务队列的实现 * 网络编程中的数据传输 生产者消费者模式是一种经典的多线程同步模式，Java中有多种方式可以实现生产者消费者模式，选择合适的实现方式取决于具体的应用场景。

生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作有界缓冲区（bounded-buffer）问题，两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。下文通过实例给大家介绍java生产者和消费者，感兴趣的朋友一起学习吧 在Java编程中，生产者-消费者问题是多线程并发控制的经典案例，主要涉及线程间的协作与同步。这个问题描述的是两个或多个线程共享一个有限的资源，如一个固定大小的缓冲区。在这个例子中，生产者线程负责生成数据并放入缓冲区，而消费者线程则负责从缓冲区取出数据并处理。为了保证数据的一致性和避免线程间的竞争条件，我们需要使用特定的同步机制，如Java中的`synchronized`关键字和`wait()`、`notify()`方法。 在Java中，我们可以创建一个公共资源类，如`PublicResource`，它包含一个共享变量`number`来表示缓冲区的状态。这个类提供了两个关键的方法：`increace()`用于增加`number`的值，代表生产操作；`decreace()`用于减少`number`的值，代表消费操作。由于多个线程可能会同时访问这些方法，因此需要使用`synchronized`关键字来确保同一时间只有一个线程能执行这些操作。 在`increace()`和`decreace()`方法中，我们使用了`wait()`和`notify()`来实现线程间的通信。当缓冲区满时，生产者会调用`wait()`进入等待状态，直到消费者消费了数据并调用`notify()`唤醒生产者。反之，当缓冲区为空时，消费者会等待，直到生产者生产了新的数据并唤醒消费者。这种机制可以防止生产者在缓冲区已满时继续生产，以及消费者在缓冲区为空时继续消费，有效地解决了生产者-消费者问题。 以下是如何创建生产者和消费者线程的示例： ```java // 生产者线程类 public class ProducerThread implements Runnable { private PublicResource resource; public ProducerThread(PublicResource resource) { this.resource = resource; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); // 模拟生产延迟 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } resource.increace(); } } } // 消费者线程类 public class ConsumerThread implements Runnable { private PublicResource resource; public ConsumerThread(PublicResource resource) { this.resource = resource; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); // 模拟消费延迟 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } resource.decreace(); } } } ``` 在上述代码中，`ProducerThread`和`ConsumerThread`实现了`Runnable`接口，它们在各自的`run()`方法中调用了`increace()`或`decreace()`方法。通过设置不同的延迟，我们可以模拟生产者和消费者在不同时间进行操作的情况。 总结来说，Java中的生产者-消费者问题可以通过共享资源类、`synchronized`关键字、`wait()`和`notify()`方法来解决。这样的设计允许线程之间协调工作，避免了数据不一致性和死锁等问题，有效地提高了多线程环境下的程序效率和可靠性。在实际开发中，我们还可以考虑使用`BlockingQueue`等高级并发工具来简化实现，提高代码的可读性和可维护性。

Java实现生产者消费者问题与读者写者问题详解 Java语言在多线程编程中提供了对同步机制的良好支持，解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：（1）采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步；（2）在生产者和消费者之间建立一个管道。以下是 Java 实现生产者消费者问题与读者写者问题详解的知识点： 一、生产者消费者问题 生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的经典问题之一，它描述是有一块缓冲区作为仓库，生产者可以将产品放入仓库，消费者则可以从仓库中取走产品。 二、解决生产者/消费者问题的方法 解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：（1）采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步；（2）在生产者和消费者之间建立一个管道。 三、wait() / notify()方法 wait() / notify()方法是基类Object的两个方法，也就意味着所有Java类都会拥有这两个方法，这样，我们就可以为任何对象实现同步机制。wait()方法：当缓冲区已满/空时，生产者/消费者线程停止自己的执行，放弃锁，使自己处于等待状态，让其他线程执行。notify()方法：当生产者/消费者向缓冲区放入/取出一个产品时，向其他等待的线程发出可执行的通知，同时放弃锁，使自己处于等待状态。 四、BlockingQueue阻塞队列方法 BlockingQueue阻塞队列方法提供了一个阻塞队列，可以用于生产者消费者问题的解决。 五、Semaphore方法 Semaphore方法提供了一个计数 semaphore，可以用于生产者消费者问题的解决。 六、PipedInputStream / PipedOutputStream PipedInputStream / PipedOutputStream提供了一个管道缓冲区，可以用于生产者消费者问题的解决。 七、Java实现生产者消费者问题的实例 以下是一个使用wait() / notify()方法实现生产者消费者问题的实例： ```java package test; public class Hosee { private static Integer count = 0; private final Integer FULL = 10; private static String LOCK = "LOCK"; class Producer implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { Thread.sleep(3000); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } synchronized (LOCK) { while (count == FULL) { try { LOCK.wait(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } count++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产者生产，目前总共有" + count); LOCK.notifyAll(); } } } } class Consumer implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e1) { e1.printStackTrace(); } synchronized (LOCK) { while (count == 0) { try { LOCK.wait(); } catch (Exception e) { TODO: handle exception e.printStackTrace(); } } count--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费者消费，目前总共有" + count); LOCK.notifyAll(); } } } } public static void main(String[] args) throws Exception { // ... } } ``` 八、总结 Java语言在多线程编程中提供了对同步机制的良好支持，解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：（1）采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步；（2）在生产者和消费者之间建立一个管道。wait() / notify()方法、BlockingQueue阻塞队列方法、Semaphore方法和PipedInputStream / PipedOutputStream等方法都是解决生产者消费者问题的有效方法。

Java中的生产者/消费者问题是一种典型的多线程同步问题，涉及到资源的共享和协作。在该问题中，生产者线程负责生成数据并放入共享存储区（如缓冲区），而消费者线程则负责从存储区取出数据进行处理。如果不进行有效的同步控制，可能会导致两种不期望的情况：一是缓冲区满，生产者继续生产导致数据溢出；二是缓冲区空，消费者持续等待，造成资源浪费。 为了解决这个问题，Java提供了线程同步机制，包括`synchronized`关键字、`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法。在上述示例中，这些机制被巧妙地运用到`CubbyHole`类中。 `CubbyHole`类代表了共享的存储空间，包含一个`contents`变量表示当前存储的数据，以及一个`available`布尔变量表示存储空间是否可用。`get()`方法是消费者获取数据的操作，`put()`方法是生产者放入数据的操作，这两个方法都被声明为`synchronized`，这意味着同一时间只能有一个线程执行它们。 在`get()`方法中，当`available`为`false`时，表示缓冲区无数据，消费者需要等待，调用`wait()`进入等待状态。同样，在`put()`方法中，当`available`为`true`时，表示缓冲区已满，生产者也需要等待。调用`wait()`会让线程释放锁并进入等待队列。当条件满足后，`notifyAll()`方法会唤醒所有等待的线程，但只有一个线程能获得锁并继续执行，其余线程重新进入等待状态。 `Producer`和`Consumer`类分别代表生产者和消费者线程。它们都继承自`Thread`类，并重写`run()`方法来执行特定的任务。生产者在`run()`方法中调用`put()`方法放入数据，并使用`sleep()`模拟生产数据的时间延迟。消费者在`run()`方法中调用`get()`方法获取数据，循环10次。 上述代码的运行结果展示了生产者和消费者交替进行操作的过程，确保了生产者不会在缓冲区满时继续生产，消费者也不会在缓冲区为空时盲目等待。这种解决方案有效地避免了死锁问题，实现了生产者和消费者之间的协调工作。 总结来说，Java中的生产者/消费者问题的解决策略主要包括： 1. 使用`synchronized`关键字确保对共享资源的互斥访问。 2. 通过`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法实现线程间的通信与协作，控制生产者和消费者的执行顺序。 3. 设计合适的数据结构（如`CubbyHole`）来表示共享资源，以及相关的状态标志（如`available`）来判断资源是否可用。 通过这种方式，我们可以在多线程环境中有效地管理和共享资源，提高程序的并发性和效率。

生产者-消费者问题是操作系统中的一个经典并发问题，它涉及到多线程的同步和资源管理。在这个问题中，有两个主要的角色：生产者和消费者，它们共享一个有限大小的缓冲区。生产者负责生成数据并放入缓冲区，而消费者则从缓冲区取出数据进行消费。问题的关键在于如何保证生产者不会在缓冲区满时继续生产，以及消费者不会在缓冲区空时尝试消费。 在实现生产者-消费者问题时，通常会用到以下几种同步机制： 1. **互斥锁（Mutex）**：用于保护临界区，确保同一时间只有一个线程可以访问缓冲区。在本实验中，作者使用Pthread库创建线程，并应用互斥锁来防止生产者和消费者同时操作缓冲区，从而避免数据竞争。 2. **条件变量（Condition Variables）**：配合互斥锁使用，允许线程在特定条件不满足时挂起等待，直到其他线程改变条件并唤醒它们。例如，当缓冲区满时，生产者可以被条件变量阻塞，直到消费者消费了缓冲区中的数据；反之，当缓冲区空时，消费者也会被阻塞，等待生产者填充数据。 3. **信号量（Semaphores）**：可以用来计数和同步，这里可以使用二进制信号量（互斥锁的一种抽象）或计数信号量。在实验中，虽然作者没有明确提到信号量，但它在解决这个问题时是常见的工具，可以用来限制缓冲区的占用数量，防止超过其容量。 实验环境为虚拟机上的Ubuntu 16.04系统，实验过程中，生产者和消费者线程的交互符合预期。初期，生产者生产，消费者消费交替进行。然而，随着生产者的随机快速生产，缓冲区可能在短时间内填满，这时生产者会遇到“failure insert”的情况，无法再将数据放入缓冲区。这恰恰验证了同步机制的有效性，因为生产者被阻止在缓冲区满时继续生产。同样，当缓冲区为空时，消费者会进入等待状态，等待生产者生产新的数据，这也符合设计。 实验过程中，作者遇到了关于`clock()`函数使用的问题，导致了一些bug。`clock()`是C语言中的一个函数，用于获取程序运行的时间，可能在设置超时或者同步等待时用到。通过查阅相关资料，作者解决了这些问题，这表明实验不仅提升了对同步问题的处理能力，还加强了对操作系统原理的理解。 总结来说，生产者-消费者问题的解决是一个很好的实践，它涉及到线程同步、资源管理和错误处理等多方面的知识。通过这样的实验，不仅可以深入理解多线程编程，还能提高解决实际并发问题的能力。

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《计算机操作系统》课程设计 题 目： 生产者---消费者问题 专 业： 软件工程 年 级： 2010级 小组成员： A B 指导教师： 时 间： 地 点： 2012年 5 月 摘要 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。 生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。生产者和消 费者彼此之间不直接通讯，而通过阻塞队列来进行通讯，所以生产者生产完数据之后不 用等待消费者处理，直接扔给阻塞队列，消费者不找生产者要数据，而是直接从阻塞队 列里取，阻塞队列就相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。 目录 1. 概述 4 2. 课程设计任务及要求 4 2.1 设计任务 4 2.2 设计要求 4 2.3 分工日程表 4 3. 算法及数据结构 4 3.1算法的总体思想 4 3.2 生产者模块 4 3.3 消费者模块 6 4. 程序设计与实现 7 4.1 程序流程图 7 4.2 程序代码 9 4.3 实验结果 14 5. 结论 16 6. 收获、体会和建议 16 6.1收获 16 7. 参考文献 17 1. 概述 本课题设计是完成了"操作系统原理"课程进行的一次全面的综合训练，通过这次课程 设计，充分检验学生对课程的掌握程度和熟练情况，让学生更好的掌握操作系统的原理 及其实现方法，加深对课程的基础理论和算法的理解，加强学生的动手能力。 2. 课程设计任务及要求 2.1 设计任务 通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制. 说明：有界缓冲区内设有20个存储单元，放入/取出的数据项设定为1- 20这20个整型数。 2.2 设计要求 (1)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，实时显示有界缓冲区的全部内容 、当前指针位置和生产者/消费者的标识符。 (2)生产者和消费者各有两个以上。 (3)多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码。 提示：(1) 有界缓冲区可用数组实现。 2.3 分工日程表 " "周三下午 "周四上午 "周四下午 "周五上午 "周五下午 " "A "分析题目 "讨论，分工"编写代码 "测试系统 "编写文档 " "B "分析题目 "讨论，分工"编写代码 "添加备注 "完善系统 " 3. 算法及数据结构 3.1算法的总体思想 在同一个进程地址空间内执行的两个线程。 生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。 消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。 当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者 线程释放出一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费 者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。 3.2 生产者模块 3.2.1 功能 在同一个进程地址空间内执行的两个线程。生产者线程生产物品，然后将物品放 置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲 区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。 3.2.2 数据结构 producer_semaphore//生产者的资源信号量（初始值为缓冲区的大小） Buffer[pn] //有界缓冲区 Pn ///缓冲区目标位置 MAX_BUFFER//缓冲区上限 buffer_mutex//互斥信号量 Wait()//等待操作，用于申请资源 Signal()//信号操作，用于释放资源 Sleep()//挂起 3.2.3 算法 "void *producer_thread(void *tid){ " "pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL); " "/* 设置状态，PTHREAD_CANCEL_ENABLE是正常处理cancel信号*/ " "while(1){ " "sem_wait(&producer_semaphore); /*等待，需要生存*/ " "srand((int)time(NULL)*(int)tid); " "sleep(rand()%2+1); /*一个或两个需要生产*/ " "while((produce_pointer+1)%20==consume_pointer); /*指

主要介绍了详解Python 模拟实现生产者消费者模式的实例的相关资料,这里使用了线程知识，队列知识及循环的知识，需要的朋友可以参考下