一、问题描述
生产者消费者问题（Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。生产者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。生产者和消费者之间必须保持同步，要保证生产者不会在缓冲区满时放入数据，消费者也不会在缓冲区空时消耗数据。不够完善的解决方法容易出现死锁的情况，此时进程都在等待唤醒。
示意图：
二、解决方法
思路
采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步。有较高的效率，并且易于实现，代码的可控制性较好，属于常用的模式。
在生产者和消费者之间建立一个管道。管道缓冲区不易控制，被传输数据对象不易于封装等，实用性不强。
解决问题的核心
保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常用的同步方法是采用信号或加锁机制，保证资源在任意时刻至多被一个线程访问。
Java能实现的几种方法
- wait() / notify()方法
- await() / signal()方法
- BlockingQueue阻塞队列方法
- 信号量
- 管道
三、代码实现
1.wait() / notify()方法
当缓冲区已满时，生产者线程停止执行，放弃锁，使自己处于等状态，让其他线程执行；
当缓冲区已空时，消费者线程停止执行，放弃锁，使自己处于等状态，让其他线程执行。
当生产者向缓冲区放入一个产品时，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；
当消费者从缓冲区取出一个产品时，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。
仓库Storage.java
import java.util.LinkedList;
/* 仓库 */
public class Storage {
/* 仓库容量 */
private final int MAX_SIZE = 10;
/* 仓库载体 */
private LinkedList<Object> list = new LinkedList<>();
public void produce(){
synchronized (list){
if(list.size() == MAX_SIZE){
System.out.println("[生产者" + Thread.currentThread().getName() + "] 仓库已满");
try{
list.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
list.add(new Object());
System.out.println("[生产者" + Thread.currentThread().getName() + "生产1个产品] 现库存：" + list.size());
list.notifyAll();
}
}
public void consume(){
synchronized (list){
if(list.size() == 0){
System.out.println("[消费者" + Thread.currentThread().getName() + "] 仓库为空");
try{
list.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
list.remove();
System.out.println("[消费者" + Thread.currentThread().getName() + "消费1个产品] 现库存：" + list.size());
list.notifyAll();
}
}
}生产者：
public class Producer implements Runnable {
/* 生产者 */
private String name;
private Storage storage;
public Producer(Storage storage, String name){
this.storage = storage;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
while (true){
try{
Thread.sleep((long) (5000*Math.random()));
storage.produce();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}消费者：
public class Consumer implements Runnable {
private Storage storage;
private String name;
private Consumer(){}
public Consumer(Storage storage,String name){
this.storage = storage;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (storage){
try {
Thread.sleep((long) (1000*Math.random()));
storage.consume();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}运行结果:
p1-------------Thread-0
p2-------------Thread-1
p3-------------Thread-2
c1-------------Thread-3
c2-------------Thread-4
c3-------------Thread-5
[消费者Thread-3] 仓库为空
[生产者Thread-0生产1个产品] 现库存：1
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：0
[生产者Thread-2生产1个产品] 现库存：1
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：0
[消费者Thread-3] 仓库为空
[生产者Thread-2生产1个产品] 现库存：1
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：0
[生产者Thread-0生产1个产品] 现库存：1
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：0
[消费者Thread-3] 仓库为空
[生产者Thread-1生产1个产品] 现库存：1
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：0
[消费者Thread-3] 仓库为空
[生产者Thread-0生产1个产品] 现库存：1
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：0
[生产者Thread-1生产1个产品] 现库存：1
[生产者Thread-2生产1个产品] 现库存：2
[生产者Thread-1生产1个产品] 现库存：3
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：2
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：1
[消费者Thread-3消费1个产品] 现库存：0一个生产者线程运行produce方法，睡眠时间随机；一个消费者运行一次consume方法，睡眠随机，为了验证是否出现异常默认生产者平均速度小于消费者平均速度。此次实验过程中，有3个生产者和3个消费者，也就是我们说的多对多的情况。仓库的容量为10。
注意：
notifyAll()方法可使所有正在等待队列中等待同一共享资源的“全部”线程从等待状态退出，进入可运行状态。此时，优先级最高的哪个线程最先执行，但也有可能是随机执行的，这要取决于JVM虚拟机的实现。即最终也只有一个线程能被运行，上述线程优先级都相同，每次运行的线程都不确定是哪个，后来给线程设置优先级后也跟预期不一样，还是要看JVM的具体实现吧。
