Java 並發協作：生產者-消費者-倉儲模型實戰

模型核心角色與規則

準確說應為「生產者-消費者-倉儲」三方協作。核心邏輯：

1. 生產者僅在倉儲未滿時生產，滿則等待
2. 消費者僅在倉儲有貨時消費，空則等待
3. 消費者發現空倉時通知生產者生產
4. 生產者生產出貨時通知等待的消費者

實現依賴 Object 的 wait()、notifyAll() 機制。

完整代碼實現

/** 
 * Java線程：並發協作-生產者消費者模型
 * @author leizhimin
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Godown godown = new Godown(30); // 初始庫存30
        // 3消費者，7生產者
        new Consumer(50, godown).start();
        new Consumer(20, godown).start();
        new Consumer(30, godown).start();
        new Producer(10, godown).start();
        new Producer(10, godown).start();
        new Producer(10, godown).start();
        new Producer(10, godown).start();
        new Producer(10, godown).start();
        new Producer(10, godown).start();
        new Producer(80, godown).start();
    }
}

/** 倉庫：共享資源，內建同步協作邏輯 */
class Godown {
    public static final int max_size = 100; // 最大容量
    public int curnum; // 當前庫存
    
    Godown() {}
    Godown(int curnum) { this.curnum = curnum; }
    
    /** 生產指定數量 */
    public synchronized void produce(int neednum) {
        while (neednum + curnum > max_size) { // 條件不滿足，等待
            System.out.println("要生產的產品數量" + neednum + "超過剩余庫存量" + (max_size - curnum) + "，暫時不能執行生產任務!");
            try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        }
        curnum += neednum; // 執行生產
        System.out.println("已經生產了" + neednum + "個產品，現倉儲量為" + curnum);
        notifyAll(); // 喚醒所有等待者
    }
    
    /** 消費指定數量 */
    public synchronized void consume(int neednum) {
        while (curnum < neednum) { // 條件不滿足，等待
            try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        }
        curnum -= neednum; // 執行消費
        System.out.println("已經消費了" + neednum + "個產品，現倉儲量為" + curnum);
        notifyAll(); // 喚醒所有等待者
    }
}

/** 生產者線程 */
class Producer extends Thread {
    private int neednum; private Godown godown;
    Producer(int neednum, Godown godown) { this.neednum = neednum; this.godown = godown; }
    public void run() { godown.produce(neednum); }
}

/** 消費者線程 */
class Consumer extends Thread {
    private int neednum; private Godown godown;
    Consumer(int neednum, Godown godown) { this.neednum = neednum; this.godown = godown; }
    public void run() { godown.consume(neednum); }
}

運行結果分析

已經生產了10個產品，現倉儲量為40
已經生產了10個產品，現倉儲量為50
已經消費了50個產品，現倉儲量為0
已經生產了80個產品，現倉儲量為80
已經消費了30個產品，現倉儲量為50
已經生產了10個產品，現倉儲量為60
已經消費了20個產品，現倉儲量為40
已經生產了10個產品，現倉儲量為50
已經生產了10個產品，現倉儲量為60
已經生產了10個產品，現倉儲量為70
Process finished with exit code 0

流程解讀：

• 初始30，兩生產者各+10 → 50
• 消費者-50 → 0（倉空）
• 生產者+80 → 80
• 消費者-30 → 50
• 後續生產者依次+10，消費者-20，庫存波動但始終在 0-100 範圍

關鍵機制說明

• while 而非 if：防止虛假喚醒，重新檢查條件
• wait() 釋放鎖：讓其他線程能進入同步方法檢查條件
• notifyAll() 僅通知：不釋放鎖，喚醒線程需重新競爭鎖
• 同步方法隱含鎖：synchronized 方法鎖住 Godown 實例

模型局限與改進方向

• 若無生產者、消費者需求超庫存，程序永久等待
• 改進：引入超時機制、最大等待時間、或基於消費驅動生產的動態調整
• 生產環境建議使用 BlockingQueue 等高級併發組件替代手動 wait/notify

出處：https://lavasoft.blog.51cto.com/62575/221932