生产者消费者问题java程序设计报告.docx
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生产者消费者问题java程序设计报告
重庆交通大学
《计算机操作系统》课程设计报告
班级：
计软专业2013级2班
姓名：
学号：
课程设计题目：
生产者消费者问题
所属课程：
计算机操作系统
实验室（中心）：
语音楼801
指导教师：
完成时间：
2015年11月25日
信息科学与工程学院课程设计成绩单
课程名称：
计算机操作系统指导教师：
刘洋
姓名
刘克
性别
男
学号
631306050224
班级
软件130*
综合成绩
程序运行情况
（占总成绩20%）
□能正确运行□基本能正确运行□能运行但结果不完善
（20分）（15分）（10分）
程序功能完善程度
（占总成绩10%）
□完善□基本完善□不完善
（10分）（8分）（5分）
程序结构的合理性
（占总成绩10%）
□合理□基本合理□不太合理
（10分）（8分）（5分）
对问题的答辩情况
（占总成绩40%）
□概念正确有创新□能正确回答所有问题□基本能正确回答
（40分）（35分）（30分）
□部分问题回答概念不清晰
（20分）
学生的工作态度与独立工作能力
（占总成绩10%）
□工作态度认真能独立完成任务□工作态度认真但独立性较差
（10分）（8分）
□工作态度基本认真但缺乏独立性
（5分）
设计报告的规范性
（占总成绩10%）
□符合规范□基本符合规范□规范性较差
（10分）（8分）（5分）
重庆交通学院信息科学与工程学院课程设计任务书
课程
计算机操作系统
班级
软件2013级2班
指导教师
刘洋
题目
生产者消费者问题
完成时间
2015年6月日
至2015年11月日
主要
内容
利用程序界面模拟生产者消费者进程调度问题
设计报告要求
1．封面；
2．课程设计成绩单、课程设计任务书
3．内容提要；
4．“课程设计报告”正文部分：
主要应包括：
①问题分析和任务定义；
②环境简介；
③设计：
主要是指数据结构与核心算法的设计描述；操作界面的设计；主要功能的算法框架；测试用例设计等内容。
④编译参数与步骤的说明；
⑤上机调试总结与分析；
⑥用户使用说明；
⑦测试数据与测试结果等内容。
⑧课程设计总结：
可以包括课程设计过程的收获、遇到的问题及解决过程的思考、对数据结构这门课程的思考和认识等内容。
⑨附录程序清单
5．参考文献
版面要求
1.题目用黑体三号，段后距18磅（或1行），居中对齐；
2.标题用黑体四号，段前、段后距6磅（或0.3行）；
3.正文用小四号宋体，行距为1.25倍行距；
4.标题按“一”、“㈠”、“1”、“⑴”顺序编号。
指导时间安排
星期
周次
一
二
三
四
五
六
17周
18周
指导
地点
一、问题分析和任务定义
（1）问题分析
生产者消费者问题（英语：
Producer-consumerproblem），也称有限缓冲问题（英语：
Bounded-bufferproblem），是一个多线程同步问题的经典案例。
该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。
生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。
与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。
该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
（2）任务定义
利用java写可视化程序，绘制三个矩形，分别表示生产进程、缓冲区、消费进程。
定义一个栈作为缓冲区，栈的大小固定。
定义两个线程分别控制生产过程和消费过程。
生产过程：
图片向右移动，移动到一定位置，表明生产完成。
则向栈中压入一个元素。
判断是否可以生产的标准是栈是否已经满，为此要定义一个IsFull函数来判断栈是否已满。
如果已满则不可生产。
消费过程：
从栈中弹出一个元素放在消费进程矩形之中，图片开始向右移动，移动出矩形则停止移动。
二、环境简介
开发工具：
eclipse
操作系统：
win10
三、设计
（1）界面设计
如上图所示界面上有3个矩形，上面那个是生产矩形，中间的是缓冲区矩形，下面的是消费矩形。
四个按钮分别是“开始生产”、“开始消费”、“停止生产”、“停止生产”、“停止消费”。
（2）算法设计
定义一个栈来作为缓冲区，用来存储图片，定义一个生产者线程和一个消费者线程。
两个线程分别控制图片的移动。
生产者线程的图片一旦运动到一定位置，则向栈中压入一个图片元素，与此同时，缓冲区则显示一个产品。
开始消费时，消费者线程则从栈中取出一个图片元素，这时缓冲区则减少一个产品，并且开始在消费矩形中开始运动，运动到一定位置停止。
定义update函数来更新界面显示内容：
publicvoidUpdate（）
{
inty[]={20,230,440};
if（pictureProduce!
=null）
{
if（!
Id.isEmpty（））
{
Id.lastElement（）.setBounds（20+（Id.size（）-1）*125,230,120,120）;
}
pictureProduce.setBounds（x[0],y[0],120,120）;//再次设置生产图片位置
}
else{
x[0]=20;
b[0]=false;//为空则不能生产
}
//只要消费者图片不为空就可以显示
if（pictureConsume!
=null）
{
pictureConsume.setBounds（x[1],y[2],120,120）;
}
else{
x[1]=20;
b[1]=false;
}
//如果缓冲区满了，则不可生产
if（isfull（））
{
b[0]=false;
}
repaint（）;
}
定义set_x函数来控制图片横坐标位置：
publicbooleanset_x（inti,intn）
{
if（b[i]==true）
{
//设置生产者与消费者的横坐标，不断向前
x[i]=n;
//设置生产者生产完成回到起点
if（n>=599&&i==0）
{
x[0]=20;//生产者回到起点
Id.push（pictureProduce）;//添加到栈中添加一个产品，此时缓冲区并没有产品
image=produce（）;
pictureProduce=newJLabel（image）;
add（pictureProduce）;
}
elseif（n==20&&i==1||n>=599&&i==1）
{
if（n==20&&i==1）//如果是可以消费
{
if（!
Id.isEmpty（））//当缓冲区不为空时，可以消费
pictureConsume=consume（）;
else
pictureConsume=null;
}
//System.out.println（n）;
if（x[1]>=599&&i==1）
{
pictureConsume.setVisible（true）;
x[1]=20;
}
}
returntrue;
}
elsereturnfalse;
}
四、上机调试总结与分析；
调试结果显示：
生产者消费者问题的基本功能已经实现，基本没有bug。
五、用户使用说明；
点击“开始生产”则图片开始运动，表示正在生产，图片运动出生产矩形之后，表示生产完成，此时缓冲区则显示一个图片。
点击“停止生产”则生产进程停止。
点击“开始消费”则缓冲区会少一个产品，表示从缓冲区取走了一个产品消费，同时图片开始在消费矩形之中运动，运动出消费矩形之后停止。
点击“停止消费”则消费进程停止。
六、测试数据与测试结果等内容。
测试结果如下：
初始界面
生产出一个产品之后继续生产
一边生产一边消费
七、课程设计总结
从这次的课程设计我还是有很多收获的，首先是对于生产者消费者问题有了更深刻的了解，这个问题是典型的多线程问题，在学习java的时候，老师经常讲这个问题，但那时只是知道大概是什么意思。
通过这次自己动手模拟这个问题，我才知道生产者消费者问题其实主要考虑缓冲区的问题，缓冲区满则不可生产，缓冲区空则不可消费。
其次，我对于java的线程的使用也熟悉了很多，线程是java的重点和难点，但是我们平时并没有对于线程做很多的练习，所以对于线程可谓是一知半解。
通过这次的实验，我使用了多线程的技术，对于的线程的应用方法以及编写方法有了比较深入的了解。
以后再遇见线程问题应该可以游刃有余了。
八、附录程序清单
1.DrawPanel类代码
importjava.awt.Color;
importjava.awt.Font;
importjava.awt.Graphics;
importjava.awt.event.ActionEvent;
importjava.awt.event.ActionListener;
importjava.util.Stack;
importjava.util.function.Consumer;
importjavax.jws.soap.SOAPBinding.Style;
importjavax.swing.Icon;
importjavax.swing.ImageIcon;
importjavax.swing.JButton;
importjavax.swing.JLabel;
importjavax.swing.JPanel;
importjavax.swing.plaf.basic.BasicInternalFrameTitlePane.IconifyAction;
importorg.omg.CORBA.IRObjectOperations;
publicclassDrawPanelextendsJPanelimplementsActionListener//面板类用于绘图及事件处理
{
privateIconimage=null;
privateStackId=newStack（）;//定义一个栈，作为缓冲区
booleanb[]=newboolean[2];//设置两个状态标识，b[0]为true是可以生产，b[1]为true是可以消费
privateintmax=7;//缓冲区最大值
privatemythreadthreadProduce;//生产者线程
privatemythreadthreadComsume;//消费者线程
privateJButtonbtStartProduce;
privateJButtonbtnStartCosume;
privateJButtonbtnStopConsume;
privateJButtonbtnStopProduce;
privateJLabelpictureProduce;
privateJLabelpictureConsume;
//privateJLabelnameAndId;
intx[]=newint[2];
publicintget_x（inti）//得到生产、消费横坐标
{
returnx[i];
}
publicbooleanset_x（inti,intn）
{
if（b[i]==true）
{
//设置生产者与消费者的横坐标，不断向前
x[i]=n;
//设置生产者生产完成回到起点
if（n>=599&&i==0）
{
x[0]=20;//生产者回到起点
Id.push（pictureProduce）;//添加到栈中添加一个产品，此时缓冲区并没有产品
image=produce（）;
pictureProduce=newJLabel（image）;
add（pictureProduce）;
}
elseif（n==20&&i==1||n>=599&&i==1）
{
if（n==20&&i==1）//如果是可以消费
{
if（!
Id.isEmpty（））//当缓冲区不为空时，可以消费
pictureConsume=consume（）;
else
pictureConsume=null;
}
//System.out.println（n）;
if（x[1]>=599&&i==1）
{
pictureConsume.setVisible（true）;
x[1]=20;
}
}
returntrue;
}
elsereturnfalse;
}
publicImageIconproduce（）
{
returnnewImageIcon（"C:
\\Users\\fff\\Downloads\\9b5edaa1b776898353c47675929cbd5d.jpg"）;
}
publicJLabelconsume（）
{
returnId.pop（）;
}
publicbooleanisfull（）//判断缓冲区是否已经满了
{
if（Id.size（）==max）
returntrue;
elsereturnfalse;
}
publicDrawPanel（）
{
try{
b[0]=false;//初始状态既不可生产也不可消费
b[1]=false;
x[0]=x[1]=20;//设置三个起始横坐标
inty[]={20,230,440};
setLayout（null）;
image=produce（）;
pictureProduce=newJLabel（image）;//为生产者图片赋值
pictureProduce.setBounds（x[0],y[0],120,120）;//初始状态下的生产者图片位置
//实例化生产与消费者对象
threadProduce=newmythread（0,this）;
threadComsume=newmythread（1,this）;
//启动线程
threadProduce.start（）;
threadComsume.start（）;
add（pictureProduce）;
btStartProduce=newJButton（"开始生产"）;
btStartProduce.addActionListener（this）;//添加本类中的的actionPerformed（ActionEventarg0）方法
btnStartCosume=newJButton（"开始消费"）;
btnStartCosume.addActionListener（newActionListener（）{
@Override
publicvoidactionPerformed（ActionEventarg0）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
b[1]=true;
}
}）;
btnStopConsume=newJButton（"停止消费"）;
btnStopConsume.addActionListener（newActionListener（）{
@Override
publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
b[1]=false;
}
}）;
btnStopProduce=newJButton（"停止生产"）;
btnStopProduce.addActionListener（newActionListener（）{
@Override
publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
b[0]=false;
}
}）;
add（btStartProduce）;
add（btnStartCosume）;
add（btnStopConsume）;
add（btnStopProduce）;
repaint（）;
}catch（Exceptione）{
//TODO:
handleexception
}
}
publicvoidpaint（Graphicsg）
{
super.paint（g）;
inty[]={20,230,440};//三个矩形的纵坐标
btStartProduce.setBounds（100,170,150,30）;
btnStartCosume.setBounds（100,600,150,30）;
btnStopConsume.setBounds（300,600,150,30）;
btnStopProduce.setBounds（300,170,150,30）;
g.setColor（Color.gray）;
g.drawRect（20,y[0],575,120）;//绘制生产矩形
g.drawRect（20,y[1],870,120）;//绘制缓冲区矩形
g.drawRect（20,y[2],575,120）;//绘制消费矩形
g.setColor（Color.black）;
Fontfont=newFont（"楷体",Font.BOLD,20）;
g.setFont（font）;
g.drawString（"631306050224刘克软件二班",100,390）;
}
//更新界面显示内容
publicvoidUpdate（）
{
inty[]={20,230,440};
if（pictureProduce!
=null）
{
if（!
Id.isEmpty（））
{
Id.lastElement（）.setBounds（20+（Id.size（）-1）*125,230,120,120）;
}
pictureProduce.setBounds（x[0],y[0],120,120）;//再次设置生产图片位置
}
else{
x[0]=20;
b[0]=false;//为空则不能生产
}
//只要消费者图片不为空就可以显示
if（pictureConsume!
=null）
{
pictureConsume.setBounds（x[1],y[2],120,120）;
}
else{
x[1]=20;
b[1]=false;
}
//如果缓冲区满了，则不可生产
if（isfull（））
{
b[0]=false;
}
repaint（）;
}
@Override
publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
try{
if（!
threadProduce.isAlive（））//唤醒生产线程
threadProduce.notify（）;
b[0]=true;
}catch（Exceptione2）{
//TODO:
handleexception
}
repaint（）;
}
}
2.mythread类代码
publicclassmythreadextendsThread
{
privateintid;//序号
privateintn;//坐标位置
privateDrawPanelpanel;
publicmythread（inti,DrawPaneld）
{
id=i;
panel=d;
}
publicintget_n（）
{
returnn;
}
publicvoidrun（）
{
try{
while（true）
{
n=panel.get_x（id）;//得到初始位置
if（panel.set_x（id,n））//如果可以生产或者可以消费
{
panel.Update（）;
++n;
n=n%600;//不断改变X[i]，即生产或消费者的横坐标位置
Thread.sleep（4）;
panel.set_x（id,n）;
}
}
}catch（Exceptione）{
//TODO:
handleexception
}
}
}
3.DrawFrame类代码
importjava.awt.Color;
importjava.awt.Container;
importjavax.swing.JFrame;
publicclassDrawFrameextendsJFrame
{
publicDrawPanelpanel;
publicDrawFrame（）
{
set
升级会员 