Java 多线程：生产者-消费者模式实现及信号量应用

本示例使用 Java 多线程和信号量实现经典的生产者-消费者模式。

程序代码如下：

package op1;
import java.util.concurrent.Semaphore; //semaphore
public class ProduceAndConsume {
	private static Integer count = 0;  
	// Create three semaphores
	final Semaphore notFull = new Semaphore(10); //new Semaphore(10)The initial value representing the semaphore not full is 10
	final Semaphore notEmpty = new Semaphore(0);
	final Semaphore mutex = new Semaphore(1);

	public static void main(String[] args) {
		ProduceAndConsume pc = new ProduceAndConsume(); 
		new Thread(pc.new Producer()).start();  //Start 5 producer threads and 5 consumer threads to simulate concurrent execution by both producers and consumers
		new Thread(pc.new Consumer()).start();
		new Thread(pc.new Producer()).start();
		new Thread(pc.new Consumer()).start();
		new Thread(pc.new Producer()).start();
		new Thread(pc.new Consumer()).start();
		new Thread(pc.new Producer()).start();
		new Thread(pc.new Consumer()).start();
	}

	class Producer implements Runnable {
		@Override
		public void run() {
			try {
				notFull.acquire();    //Apply for an empty buffer
				mutex.acquire();      //Request buffer pool
				count++;
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 'Producer production,Currently, there are a total of' + count);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				mutex.release();
				notEmpty.release();
			}
		}
	}

	class Consumer implements Runnable {
		@Override
		public void run() {
			try {
				notEmpty.acquire();
				mutex.acquire();
				count--;
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 'consumer spending,Currently, there are a total of' + count);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				mutex.release();
				notFull.release();
			}
		}
	}
}

分析：

• 初始缓冲区状态: 初始化时，notFull 信号量值为 10，notEmpty 信号量值为 0。这意味着初始有 10 个空缓冲区，0 个满缓冲区。
• 信号量mutex 的互斥访问: mutex 信号量用于实现对缓冲池的互斥访问，即同一时间只允许一个生产者或消费者访问缓冲池。

代码解释：

1. 生产者 Producer 类:

   • notFull.acquire()：申请一个空缓冲区。如果当前没有空缓冲区，线程会阻塞等待。
   • mutex.acquire()：申请对缓冲池的访问权限。如果其他线程正在访问缓冲池，线程会阻塞等待。
   • count++：生产一个产品，并将计数器 count 加 1。
   • mutex.release()：释放对缓冲池的访问权限。
   • notEmpty.release()：释放一个满缓冲区。

2. 消费者 Consumer 类:

   • notEmpty.acquire()：申请一个满缓冲区。如果当前没有满缓冲区，线程会阻塞等待。
   • mutex.acquire()：申请对缓冲池的访问权限。如果其他线程正在访问缓冲池，线程会阻塞等待。
   • count--：消费一个产品，并将计数器 count 减 1。
   • mutex.release()：释放对缓冲池的访问权限。
   • notFull.release()：释放一个空缓冲区。

总结：

本示例展示了使用 Java 多线程和信号量实现生产者-消费者模式，以及信号量在控制并发访问和资源同步中的重要作用。mutex 信号量确保了对共享资源的互斥访问，notFull 和 notEmpty 信号量则协调了生产者和消费者的工作，以确保生产者不会在缓冲区满时生产，消费者不会在缓冲区空时消费。