Java里如何实现线程安全的生产者消费者模式_生产者消费者线程安全处理解析-java教程-PHP中文网

Java里如何实现线程安全的生产者消费者模式_生产者消费者线程安全处理解析

P粉602998670

发布： 2025-11-24 13:19:36

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使用阻塞队列可简化Java中生产者消费者模式的实现，确保线程安全；也可通过synchronized与wait/notify或Lock与Condition实现更细粒度控制，关键在于正确处理共享资源的同步与线程通信。

java里如何实现线程安全的生产者消费者模式_生产者消费者线程安全处理解析

在Java中实现线程安全的生产者消费者模式，核心是协调多个线程对共享资源的访问，确保数据一致性并避免死锁、竞态条件等问题。通常使用阻塞队列或结合synchronized与wait/notify机制来完成。

使用阻塞队列（推荐方式）

Java并发包java.util.concurrent提供了线程安全的阻塞队列，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue，天然支持生产者消费者模型。

示例代码：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
<p>class Producer implements Runnable {
private final BlockingQueue<Integer> queue;</p><pre class='brush:java;toolbar:false;'>public Producer(BlockingQueue<Integer> queue) {
    this.queue = queue;
}

public void run() {
    try {
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            queue.put(i); // 自动阻塞
            System.out.println("生产者生产: " + i);
            Thread.sleep(100);
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
}

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}

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class Consumer implements Runnable { private final BlockingQueue<Integer> queue;

public Consumer(BlockingQueue<Integer> queue) {
    this.queue = queue;
}

public void run() {
    try {
        while (true) {
            Integer value = queue.take(); // 队列空时自动阻塞
            System.out.println("消费者消费: " + value);
            Thread.sleep(200);
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
}

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}

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public class ProducerConsumerExample { public static void main(String[] args) { BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(5);

    Thread producer = new Thread(new Producer(queue));
    Thread consumer = new Thread(new Consumer(queue));

    producer.start();
    consumer.start();
}

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}

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优点：无需手动管理同步，put和take方法自动处理阻塞与唤醒，代码简洁且不易出错。

使用synchronized + wait/notify

当需要自定义缓冲区结构时，可以使用synchronized关键字保护共享资源，并通过wait和notifyAll控制线程协作。

关键点：

共享资源（如List或数组）必须被synchronized保护
条件判断用while而不是if，防止虚假唤醒
调用wait会释放锁，notify唤醒等待线程

示例代码片段：

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class SharedBuffer {
    private final int MAX_SIZE = 5;
    private List<Integer> buffer = new ArrayList<>();
<pre class='brush:java;toolbar:false;'>public void produce(int item) throws InterruptedException {
    synchronized (this) {
        while (buffer.size() == MAX_SIZE) {
            this.wait(); // 缓冲区满，生产者等待
        }
        buffer.add(item);
        System.out.println("生产: " + item);
        this.notifyAll(); // 唤醒消费者
    }
}

public int consume() throws InterruptedException {
    synchronized (this) {
        while (buffer.isEmpty()) {
            this.wait(); // 缓冲区空，消费者等待
        }
        int item = buffer.remove(buffer.size() - 1);
        System.out.println("消费: " + item);
        this.notifyAll(); // 唤醒生产者
        return item;
    }
}

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}

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注意：必须使用while循环检查条件，否则可能因虚假唤醒导致逻辑错误。

使用Lock和Condition（更灵活的控制）

ReentrantLock配合Condition接口可实现更细粒度的线程通信，比如分别定义“非满”和“非空”两个条件。

优势：

支持多个等待集（多个Condition）
可中断等待（lockInterruptibly）
公平锁选项

典型用法：

import java.util.concurrent.locks.*;
<p>class BufferWithCondition {
private final int[] buffer = new int[5];
private int count = 0, in = 0, out = 0;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition notFull = lock.newCondition();
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();</p><pre class='brush:java;toolbar:false;'>public void put(int item) throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
        while (count == buffer.length) {
            notFull.await(); // 等待非满
        }
        buffer[in] = item;
        in = (in + 1) % buffer.length;
        count++;
        notEmpty.signal(); // 通知消费者
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

public int take() throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
        while (count == 0) {
            notEmpty.await(); // 等待非空
        }
        int item = buffer[out];
        out = (out + 1) % buffer.length;
        count--;
        notFull.signal(); // 通知生产者
        return item;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

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}

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这种方式比synchronized更灵活，适合复杂场景。

基本上就这些。选择哪种方式取决于需求：简单场景用阻塞队列最安全高效；需要定制逻辑可用synchronized+wait/notify或Lock+Condition。关键是保证共享状态的可见性与原子性，合理使用等待唤醒机制避免忙等。

以上就是Java里如何实现线程安全的生产者消费者模式_生产者消费者线程安全处理解析的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！