Java如何用synchronized编写一个标准的生产者消费者模型

梦宇小哥_1319

梦宇小哥_1319

2026-06-07

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原创

synchronized 实现生产者消费者模型需用 sharedbuffer 封装固定容量队列,生产者满时 wait()、消费者空时 wait(),均用 while 循环防虚假唤醒,每次操作后 notifyall() 唤醒所有等待线程。

java如何用synchronized编写一个标准的生产者消费者模型

用 synchronized 实现标准的生产者消费者模型,核心是:一个共享缓冲区、两个线程角色(生产者/消费者)、使用 wait() 和 notifyAll() 配合 synchronized 块完成线程协作与状态等待。

共享缓冲区需线程安全且支持等待唤醒

定义一个固定容量的队列(如 ArrayList),所有访问必须加锁;当缓冲区满时,生产者调用 wait() 暂停;当空时,消费者同样等待。注意:必须在 synchronized 块内调用 wait() 和 notifyAll(),否则抛 IllegalMonitorStateException。

  • 缓冲区封装成独立类(如 SharedBuffer),把同步逻辑收拢
  • 用 while 而非 if 判断条件,防止虚假唤醒(spurious wakeup)
  • 每次修改后调用 notifyAll() —— 因为无法确定该唤醒生产者还是消费者

生产者逻辑:加锁 → 满则等待 → 入队 → 唤醒

生产者不断生成数据,尝试放入缓冲区。若已满,主动释放锁并进入等待;一旦被唤醒,重新检查是否可入队。

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public void produce(int item) throws InterruptedException {
    synchronized (this) {
        while (buffer.size() == capacity) {
            wait(); // 释放锁,等待消费者消费
        }
        buffer.add(item);
        System.out.println("Produced: " + item + ", size=" + buffer.size());
        notifyAll(); // 唤醒可能等待的消费者(也可能唤醒其他生产者,但会被 while 拦住)
    }
}

消费者逻辑:加锁 → 空则等待 → 出队 → 唤醒

消费者从缓冲区取数据,为空时等待;取到后通知其他等待线程。

public int consume() throws InterruptedException {
    synchronized (this) {
        while (buffer.isEmpty()) {
            wait(); // 释放锁,等待生产者生产
        }
        int item = buffer.remove(0);
        System.out.println("Consumed: " + item + ", remaining=" + buffer.size());
        notifyAll(); // 唤醒可能等待的生产者
        return item;
    }
}

完整可运行示例结构

主程序启动多个生产者和消费者线程,共享同一个 SharedBuffer 实例。建议设置合理循环次数或使用守护线程控制退出,避免无限等待。

  • 缓冲区容量设为较小值(如 3),便于观察等待行为
  • 每个线程 sleep 随机毫秒模拟真实耗时,增强并发效果
  • 不要在 wait() 外层捕获 InterruptedException 后吞掉——应向上抛出或响应中断(如 Thread.currentThread().interrupt())

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