生产者消费者问题

经典并发问题：通过共享资源对象 + wait/notify 实现生产者与消费者的协作。

问题描述

多个生产者线程不断生产资源，多个消费者线程不断消费资源，共享同一份公共资源。需要保证：资源有上限、不能重复消费、线程间协作同步。

经典实现

公共资源类

public class PublicResource {
    private int number = 0;          // 当前资源数量
    private int size = 10;           // 资源上限

    /** 生产者调用：生产一个资源 */
    public synchronized void increase() {
        while (number >= size) {     // 已满，等待
            try { wait(); } catch (InterruptedException e) { }
        }
        number++;
        System.out.println("生产一个，当前：" + number);
        notifyAll();                 // 唤醒消费者
    }

    /** 消费者调用：消费一个资源 */
    public synchronized void decrease() {
        while (number <= 0) {        // 为空，等待
            try { wait(); } catch (InterruptedException e) { }
        }
        number--;
        System.out.println("消费一个，当前：" + number);
        notifyAll();                 // 唤醒生产者
    }
}

生产者线程

public class ProducerThread implements Runnable {
    private PublicResource resource;

    public ProducerThread(PublicResource resource) {
        this.resource = resource;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); }
            catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            resource.increase();
        }
    }
}

消费者线程

public class ConsumerThread implements Runnable {
    private PublicResource resource;

    public ConsumerThread(PublicResource resource) {
        this.resource = resource;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); }
            catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            resource.decrease();
        }
    }
}

启动

PublicResource resource = new PublicResource();
new Thread(new ProducerThread(resource)).start();
new Thread(new ConsumerThread(resource)).start();

关键点

1. increase() / decrease() 必须用 synchronized 保证互斥
2. 用 while 而非 if 检查条件——防止虚假唤醒，唤醒后需重新检查条件
3. wait() 释放锁，让另一方进入
4. notifyAll() 唤醒所有等待线程，避免"只唤醒一个、且该线程因条件不满足再次等待"导致的死锁

其他实现方式

• 阻塞队列实现：使用 ArrayBlockingQueue，put() / take() 自带阻塞与同步
• Lock + Condition 实现：ReentrantLock 配合 Condition.await() / signal()