Java多线程生产者消费者问题实现与示例

在JAVA作业二——生产者消费者问题中，学生们被要求实现一个多线程环境下的生产者-消费者模型。该模型的关键在于设计两个独立的线程，生产者负责生产数据（商品），而消费者负责消费这些数据。以下是核心知识点的详细解释： 1. **多线程基础**: 本题的核心是利用Java的线程（Thread）和Runnable接口。通过`Thread`类创建新线程，每个生产者和消费者都是独立的线程实例，确保它们并发执行且互不干扰。 2. **信号量（Semaphore）**: Java中的Semaphore是一种并发控制工具，用于控制同时访问某个资源的线程数量。`Global.empty`和`Global.full` semaphore用于同步生产者和消费者的行为。`empty` semaphore表示生产者队列的空闲位置，初始值设为6，当生产者添加新的商品时减一；`full` semaphore表示队列已满，初始值为0，消费者消费完商品后加一。`mutex` semaphore用来同步对这两个信号量的操作，防止数据竞争。 3. **生产者逻辑**: `Producer`实现了`Runnable`接口，生产者在一个循环中运行。首先调用`Global.naps()`产生随机等待时间，然后打印当前线程名称和生产商品信息。接着，通过调用`Global.empty.P()`信号量减一（表示生产一个商品），然后获取`Global.mutex`以确保接下来的操作是原子性的。再次随机等待后，释放`mutex`，继续生产。 4. **消费者逻辑**: 消费者同样实现Runnable接口，循环运行并消费商品。首先也随机等待，然后尝试获取`Global.full`信号量（表示找到一个商品），如果成功则进入消费逻辑，打印线程名称和消费商品信息。消费后，信号量`full`加一，最后释放`mutex`。 5. **协作与同步**: 通过`P()`和`V()`方法，生产者和消费者之间实现了有条不紊的协作。当生产者将商品放入队列时，它会先等待直到队列非空（`empty`为1），消费者则等待直到队列中有商品（`full`为大于0）。这确保了生产者不会在无消费者的情况下无限生产，消费者也不会遇到空的队列。 6. **输入验证**: 使用`Scanner`获取用户输入，以设置生产者和消费者的数量，确保两者之间的协同工作是可配置的。 7. **异常处理**: 代码中包含异常处理部分，如`InterruptedException`，以避免线程在等待过程中被强制中断。 完成此作业有助于学生理解Java多线程、并发控制以及同步机制的应用，提升他们编写和调试多线程程序的能力。通过实际操作，学生们可以更好地掌握生产者-消费者模型在实际场景中的应用。