生产者消费者问题

生产者消费者问题

生产者与消费者问题是多线程同步问题的经典案例。也称有限缓冲问题。

# 什么是生产者消费者问题
该问题描述了共享固定大小缓冲区的线程，生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区，消费者也在缓冲区消耗这些数据。
这类问题的关键在于保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会下缓冲区空时消耗数据。

# 如何解决这类问题
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，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。

通常采用进程间通信的方法解决该问题，常用的方法有信号灯法等。如果解决方法不够完善，则容易出现死锁的情况。出现死锁时，两个线程都会陷入休眠，等待对方唤醒自己

问题

桌上有一空盘，最多允许存放一个水果。爸爸可向盘中放一个水果或放一个橘子，儿子专等吃盘中的橘子。女儿专等吃苹果。
试用P、V操作和Java程序实现爸爸，儿子，女儿三个并发进程的同步。

P、V操作

根据题意，我们知道父亲是生产者，儿子、女儿是消费者。盘中的水果是共享资源。
因为盘中最多允许存放一个水果，在生产前需要判断是否为满。

利用互斥信号量mutex实现互斥，利用empty信号量来判断盘中是否为空。
利用or信号量和ap信号量来判断盘中的橘子和苹果的数量。
两个函数判断是否是橘子或者苹果。put(or) put(ap)

设置初始值：
mutex = 1  empty = 1  or = 0  ap = 0

三个进程
父亲：
P(empty)
if(put(or))
	V(or)
else
	V(ap)


儿子：
P(or)
V(empty)

女儿：
P(ap)
v(empty)

java程序

import java.util.Random;

public class Fruit {

    /**
     * empty 的取值有不同的意义：
     * 0  表示盘中无水果
     * 1  表示盘中的水果是橘子
     * 2  表示盘中的水果是苹果
     */
    private int empty = 0;

    //生产资源，，有生产者线程调用
    public synchronized void put(){
        while(empty != 0){
            try{
                System.out.println("盘中有水果，生产者正在等待");
                wait();
            }catch (Exception e){
            }
        }
        //此时盘中无水果
        Random random = new Random();
        int randomInt = random.nextInt(2) + 1;
        empty = randomInt;
        if(empty == 1){
            System.out.println("爸爸放入橘子");
        }else{
            System.out.println("爸爸放入苹果");
        }
        this.notifyAll();
    }


    //消耗资源，有消费者线程调用
    public synchronized void get(){
        while(empty == 0){
            try{
                System.out.println("盘中无水果，消费者等待");
                wait();
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //此时盘中有水果
        empty = 0;
        System.out.println("盘中无水果");
        this.notifyAll();
    }



    public static void main(String[] args) {

        Fruit fruit = new Fruit();

        Thread father = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true)
                    fruit.put();
            }
        });

        Thread daughter = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    while(fruit.empty == 2){
                        System.out.println("女儿拿到苹果");
                        fruit.get();
                    }
                }
            }
        });

        Thread son = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    while(fruit.empty == 1){
                        System.out.println("儿子拿到橘子");
                        fruit.get();
                    }
                }
            }
        });
        son.start();
        daughter.start();
        father.start();
    }
}