操作系统实验报告-生产者与消费者

八、实验总结
这次生产者与消费者之间的关系的实验是用Java语言编写的，用 关键字synchronized来实现多个线程同步，用继承Thread来将生产 者线程与消费者线程实例化。做这个实验能使用到语言编程老师讲过这
些知识，正好可以巩固Java的一些知识。 总之，通过该实验我更加清楚的认识到生产者与消费者这个经典问 题实际上是线程同步问题的抽象描述，即计算机系统中的每个进程都可 以消费（使用）或生产（释放）数据，进程释放数据相当于生产者，使 用数据相当于消费者。
中南大学 操作系统实验报告
实验内容：Java多线程模拟生产者消费者 问题 实验时间：2014年5月 指导老师：胡小龙老师 姓 名：代 巍 班 级：信安1201班 学 号：0909121615
一、实验目的
对操作系统的整体进行一个模拟，通过实践加深对各个部分的管理 功能的认识，还能进一步分析各个部分之间的联系，最后达到对完整系 统的理解。可以提高运用操作系统知识解决实际问题的能力；锻炼实际 的编程能力，要达到以下要求。 （1） 掌握进程（线程）的同步与互斥。 （2） 掌握生产者消费者问题的实现方法。 （3） 掌握多线程编程方法。
} } } } class Producer implements Runnable {//生产者 Storage s = null;
public Producer(Storage s){ this.s = s; } public void run() { for(int i=0; i<20; i++){ Product p = new Product(i); s.push(p); // p); try { Thread.sleep((int) (Math.random()*1500)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } //放入产品 System.out.println("生产者放入：" +
二、实验内容
实现生产者消费者问题。 （1）假设循环缓冲队列共有多个缓冲单元。 （2）生产者线程的工作：生产出一个产品（即产生一个产品编 号），按顺序往缓冲队列中“空”的缓冲单元放产品。 （3）消费者线程与的工作：从缓冲队列装有产品的缓冲单元中取 出一个产品（即产品编号）。 （4）保证两个线程间的互斥和同步 （5）在界面上打印缓冲队列的变化情况
六、运行结果
七、源程序代码
import javax.swing.*; import java.net.*; import java.io.*; import java.util.*; //java多线程模拟生产者消费者问题 //ProducerConsumer是主类，Producer生产者，Consumer 消费者，Product产品 //Storage仓库
this.products[index] = p; System.out.println("生产者放入"+index+"位 置：" + p); index++; this.notifyAll(); } public synchronized Product pop(){//取出 while(this.index==0){ try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } index--; this.notifyAll(); System.out.println("消费者从"+ index+ "位 置取出：" + this.products[index]); return this.products[index]; } }
} class Product { int id;
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public Product(int id){ this.id = id; } public String toString(){//重写toString方法 return "产品："+this.id; } } class Storage { int index = 0; Product[] products = new Product[5]; public synchronized void push(Product p){//放 入 while(index==this.products.length){ try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
public class ProducerConsumer { public static void main(String[] args) { Storage s = new Storage(); Producer p = new Producer(s); Consumer c = new Consumer(s); Thread tp = new Thread(p); Thread tc = new Thread(c); tp.start(); tc.start(); } } class Consumer implements Runnable {//消费者 Storage s = null; public Consumer(Storage s){ this.s = s; } public void run() { for(int i=0; i<20; i++){ Product p = s.pop();//取出产品 try { Thread.sleep((int) (Math.random()*1500)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace();
五、数据结构说明
（1）Producer类：声明并创建了Producer类， 定义了生产者 的操作。 类Producer 是生产者模型, 其中的run( )方法中定义了生产 者线程所做的操作, 循 环地将生产的“产品”放入缓冲区中, 每次生产完后, 调用 sleep( )方法睡眠一段随机时间, 以给其他线程执行的机会。
（2）Consumer类：声明并创建了Consumer类，定义了消费者的 操作。 类Consumer是消费者模型, 循环地消费“产品”, 从缓冲区中取出 数据, 每次执行完消费操作后, 调用sleep( )方法睡眠一段随机时 间, 以给其他线程执行的机会。 （3）Storage类：声明并创建了Storage类，定义了缓冲区的操 作。提供基本数据结构。 信号量mutex的P V操作及其阻塞队列。 有界缓冲区内设有20个 存储单元，放入取出的产品设定为1-20个整数。对缓冲区的生产和消 费操作都是互斥访问 （4）启动线程：继承Thread（线程）来实现多个生产者与多个消 费者之间的关系，实现Runnable接口来定义一个线程类。 class Producer extends Thread class Consumer extends Thread （5）线程互斥：synchronized关键字可以将一个方法声明为互 斥的方法，即同一时间内只能有一个线程进入该方法的代码执行。 synchronized关键字修饰方法，实现线程互斥。 （6）同步控制：Object类是所有类的父类，该类中提供了实现线 程同步的方法： 等待 public final void wait() throws InterruptedException
四、实验思想概述
在操作系统中, 线程有时被称为轻量级进程, 是CPU 使用的基本单 位, 它与属于同一进程的其他进程共享其他代码段、数据段和其他操作 系统资源。在Java 中, 线程的建立有两种方法: 继承Thread 类和实现 Runnable 接口。其中, 采用实现Runnable 接口建立线程的好处是允 许同时继承其他类从而实现多继承,并且在Java 中, 可采用 synchronized 或Object 类的方法 wait( ), notify( ), notifyAll( )来实现多线程同步。 生产者线程向缓冲区中写数据, 消费者从缓冲区中读数据, 这 样, 在这个程序中同时运行的多个线程竞争同一个缓冲区资源。类 Producer 是生产者模型, 其中的run( )方法中定义了生产者线程所做 的操作, 循环地将生产的“产品”放入缓冲区中, 每次生产完后, 调用 sleep( )方法睡眠一段随机时间, 以给其他线程执行的机会。类 Consumer是消费者模型, 循环地消费“产品”, 从缓冲区中取出数 据, 每次执行完消费操作后, 调用sleep( )方法睡眠一段随机时间, 以 给其他线程执行的机会。
三、实验原理
（1）生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。 （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。 （3）而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。 模式还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间，作为一个中 介。生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。大概的结 构如下图。