生产者消费者问题设计与实现

操作系统__________________ 课程设计任务书

系（教研室）

主任意见

年月曰

（签字）：

目录

1. 选题背景 (1)

2. 设计思路 (1)

3. 过程讨论 (1)

4. 结果分析 (7)

5. 结论 (8)

参考文献 (9)

致谢............................................... 1..0 ........... 附录............................................... 1..0 ........... 指导教师评语......................... 错误 ! 未定义书签。

成绩评定............................. 错...误 !.未. 定义书签。

1. 选题背景

生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的经典问题之一，它描述是有一块缓冲区作为仓库，生产者可以将产品放入仓库，消费者则可以从仓库中取走产品。解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：（1）采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步；（2）在生产者和消费者之间建立一个管道。第一种方式有较高的效率，并且易于实现，代码的可控制性较好，属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制，被传输数据对象不易于封装等，实用性不强。因此本文只介绍同步机制实现的生产者/消费者问题。

同步问题核心在于：如何保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常用的同步方法是采用信号或加锁机制，保证资源在任意时刻至多被一个线程访问。Java语言在多线程编程上实现了完全对象化，提供了对同步机制的良好支持。在Java中一共有四种方法支持同步，其中前三个是同步方法，一个是管道方法。

2. 设计思路

2.1.生产者一消费者问题是一种同步问题的抽象描述。

2.2 计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。当系统中某一进

程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。

2.3而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者

3. 过程论述

首先，生产者和消费者可能同时进入缓冲区，甚至可能同时读/写一个存储

单元，将导致执行结果不确定。这显然是不允许的。所以，必须使生产者和消费者互斥进入缓冲区。即某时刻只允许一个实体（生产者或消费者）访问缓冲区，生产者互斥消费者和其他任何生产者。

其次，生产者不能向满的缓冲区写数据，消费者也不能在空缓冲区中取数据，即生产者与消费者必须同步。当生产者产生出数据，需要将其存入缓冲区之前，首先检查缓冲区中是否有“空”存储单元，若缓冲区存储单元全部用完，则生产者必须阻塞等待，直到消费者取走一个存储单元的数据，唤醒它。若缓冲区内有

“空”存储单元，生产者需要判断此时是否有别的生产者或消费者正在使用缓冲区，若是有，则阻塞等待，否则，获得缓冲区的使用权，将数据存入缓冲区，释放缓冲区的使用权。消费者取数据之前，首先检查缓冲区中是否存在装有数据的存储单元，若缓冲区为“空”，则阻塞等待，否则，判断缓冲区是否正在被使用，若正被使用，若正被使用，则阻塞等待，否则，获得缓冲区的使用权，进入缓冲

区取数据，释放缓冲区的使用权3.1系统流程图

3.1.1生产者流程图:

3.1.2消费者流程图:

3.1.3主程序流程图:

3.1.4 生产者：ProducerThread

// 定义生产者线程

class ProducerThread implements Runnable { int productNo = 0; // 产品编号int id ; // 生产者ID public ProducerThread( int id){ this .id = id ;

}

public void run(){ while ( isRun ){ productNo ++; // 生产产品

buffers .put( productNo , id ); // 将产品放入缓冲队列try {

Thread. sleep (1000); } catch (Exception

e){ e.printStackTrace();

} }

}

}

3.1.5 消费者ConsumerThread

// 定义消费者线程

class ConsumerThread implements Runnable { int id ; // 消费者ID public

ConsumerThread( int id){ this .id = id ;

}

public void run(){ while ( isRun ){ buffers .get( id ); // 从缓

冲队列中取出产品try {

Thread. sleep (1000); } catch (Exception

e){ e.printStackTrace();

}

}

}

}

3.1.6 缓冲区Buffer class Buffer {

JTextArea ta;

static final int productBufferNum = 10; // 缓冲单元数ProductBuffer pBuffer [] = new ProductBuffer[ productBufferNum ]; // 缓冲队列

int in = 0; // 缓冲单元指针，用于放产品get()

int out = 0; // 缓冲单元指针，用于取产品put()

int consumeProductNo; // 记录消费产品的编号

int usedBufferNum = 0; // 记录缓冲队列已使用的缓冲单元个数

public Buffer (JTextArea ta){

this .ta = ta ;

// 初始化

for (int j =0; j

pBuffer [j ] = newProductBuffer();

}

for (int i =0; i

pBuffer [i ]. product = -1;

pBuffer [i ]. hasProduct = false ;

}

}

// 取产品

public synchronized void get( int id ){

// 缓冲队列空则等待

if ( usedBufferNum <= 0){