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Java多線程之并發(fā)協(xié)作生產(chǎn)者消費者設計模式

2019-11-14 09:51:27
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來源:轉載
供稿:網(wǎng)友

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兩個線程一個生產(chǎn)者個一個消費者

需求情景

兩個線程,一個負責生產(chǎn),一個負責消費,生產(chǎn)者生產(chǎn)一個,消費者消費一個

涉及問題

同步問題:如何保證同一資源被多個線程并發(fā)訪問時的完整性。常用的同步方法是采用標記或加鎖機制wait() / nofity() 方法是基類Object的兩個方法,也就意味著所有Java類都會擁有這兩個方法,這樣,我們就可以為任何對象實現(xiàn)同步機制。wait()方法:當緩沖區(qū)已滿/空時,生產(chǎn)者/消費者線程停止自己的執(zhí)行,放棄鎖,使自己處于等等狀態(tài),讓其他線程執(zhí)行。notify()方法:當生產(chǎn)者/消費者向緩沖區(qū)放入/取出一個產(chǎn)品時,向其他等待的線程發(fā)出可執(zhí)行的通知,同時放棄鎖,使自己處于等待狀態(tài)。

代碼實現(xiàn)(共三個類和一個main方法的測試類)

Resource.java

復制代碼
/** * Created by yuandl on 2016-10-11./** * 資源 */public class Resource {    /*資源序號*/    PRivate int number = 0;    /*資源標記*/    private boolean flag = false;    /**     * 生產(chǎn)資源     */    public synchronized void create() {        if (flag) {//先判斷標記是否已經(jīng)生產(chǎn)了,如果已經(jīng)生產(chǎn),等待消費;            try {                wait();//讓生產(chǎn)線程等待            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        number++;//生產(chǎn)一個        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產(chǎn)者------------" + number);        flag = true;//將資源標記為已經(jīng)生產(chǎn)        notify();//喚醒在等待操作資源的線程(隊列)    }    /**     * 消費資源     */    public synchronized void destroy() {        if (!flag) {            try {                wait();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費者****" + number);        flag = false;        notify();    }}復制代碼

Producer.java

復制代碼
/** * Created by yuandl on 2016-10-11. * /** * 生產(chǎn)者   http://www.manongjc.com */public class Producer implements Runnable {    private Resource resource;    public Producer(Resource resource) {        this.resource = resource;    }    @Override    public void run() {        while (true) {            try {                Thread.sleep(10);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            resource.create();        }    }}復制代碼

Consumer.java

復制代碼
/** * 消費者 */public class Consumer implements Runnable {    private Resource resource;    public Consumer(Resource resource) {        this.resource = resource;    }    @Override    public void run() {        while (true) {            try {                Thread.sleep(10);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            resource.destroy();        }    }}復制代碼

ProducerConsumerTest.java

復制代碼
/** * Created by yuandl on 2016-10-11. */public class ProducerConsumerTest {    public static void main(String args[]) {        Resource resource = new Resource();        new Thread(new Producer(resource)).start();//生產(chǎn)者線程        new Thread(new Consumer(resource)).start();//消費者線程    }}復制代碼

打印結果:

復制代碼
Thread-0生產(chǎn)者------------1Thread-1消費者****1Thread-0生產(chǎn)者------------2Thread-1消費者****2Thread-0生產(chǎn)者------------3Thread-1消費者****3Thread-0生產(chǎn)者------------4Thread-1消費者****4Thread-0生產(chǎn)者------------5Thread-1消費者****5Thread-0生產(chǎn)者------------6Thread-1消費者****6Thread-0生產(chǎn)者------------7Thread-1消費者****7Thread-0生產(chǎn)者------------8Thread-1消費者****8Thread-0生產(chǎn)者------------9Thread-1消費者****9Thread-0生產(chǎn)者------------10Thread-1消費者****10復制代碼

以上打印結果可以看出沒有任何問題

 

多個線程,多個生產(chǎn)者和多個消費者的問題

需求情景

四個線程,兩個個負責生產(chǎn),兩個個負責消費,生產(chǎn)者生產(chǎn)一個,消費者消費一個

涉及問題

notifyAll()方法:當生產(chǎn)者/消費者向緩沖區(qū)放入/取出一個產(chǎn)品時,向其他等待的所有線程發(fā)出可執(zhí)行的通知,同時放棄鎖,使自己處于等待狀態(tài)。

再次測試代碼

ProducerConsumerTest.java

復制代碼
** * Created by yuandl on 2016-10-11. */public class ProducerConsumerTest {    public static void main(String args[]) {        Resource resource = new Resource();        new Thread(new Consumer(resource)).start();//生產(chǎn)者線程        new Thread(new Consumer(resource)).start();//生產(chǎn)者線程        new Thread(new Producer(resource)).start();//消費者線程        new Thread(new Producer(resource)).start();//消費者線程    }}復制代碼

運行結果:

復制代碼
Thread-0生產(chǎn)者------------100Thread-3消費者****100Thread-0生產(chǎn)者------------101Thread-3消費者****101Thread-2消費者****101Thread-1生產(chǎn)者------------102Thread-3消費者****102Thread-0生產(chǎn)者------------103Thread-2消費者****103Thread-1生產(chǎn)者------------104Thread-3消費者****104Thread-1生產(chǎn)者------------105Thread-0生產(chǎn)者------------106Thread-2消費者****106Thread-1生產(chǎn)者------------107Thread-3消費者****107Thread-0生產(chǎn)者------------108Thread-2消費者****108Thread-0生產(chǎn)者------------109Thread-2消費者****109Thread-1生產(chǎn)者------------110Thread-3消費者****110復制代碼

通過以上打印結果發(fā)現(xiàn)問題

101生產(chǎn)了一次,消費了兩次105生產(chǎn)了,而沒有消費

原因分析

當兩個線程同時操作生產(chǎn)者生產(chǎn)或者消費者消費時,如果有生產(chǎn)者或者的兩個線程都wait()時,再次notify(),由于其中一個線程已經(jīng)改變了標記而另外一個線程再次往下直接執(zhí)行的時候沒有判斷標記而導致的。if判斷標記,只有一次,會導致不該運行的線程運行了。出現(xiàn)了數(shù)據(jù)錯誤的情況。

解決方案

while判斷標記,解決了線程獲取執(zhí)行權后,是否要運行!也就是每次wait()后再notify()時先再次判斷標記

 

代碼改進(Resource中的if->while) 

Resource.java

復制代碼
/** * Created by yuandl on 2016-10-11./** * 資源 */public class Resource {    /*資源序號*/    private int number = 0;    /*資源標記*/    private boolean flag = false;    /**     * 生產(chǎn)資源     */    public synchronized void create() {        while (flag) {//先判斷標記是否已經(jīng)生產(chǎn)了,如果已經(jīng)生產(chǎn),等待消費;            try {                wait();//讓生產(chǎn)線程等待            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        number++;//生產(chǎn)一個        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產(chǎn)者------------" + number);        flag = true;//將資源標記為已經(jīng)生產(chǎn)        notify();//喚醒在等待操作資源的線程(隊列)    }    /**     * 消費資源     */    public synchronized void destroy() {        while (!flag) {            try {                wait();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費者****" + number);        flag = false;        notify();    }}復制代碼

再次發(fā)現(xiàn)問題

打印到某個值比如生產(chǎn)完74,程序運行卡死了,好像鎖死了一樣。

原因分析

notify:只能喚醒一個線程,如果本方喚醒了本方,沒有意義。而且while判斷標記+notify會導致”死鎖”。

解決方案

notifyAll解決了本方線程一定會喚醒對方線程的問題。

 

最后代碼改進(Resource中的notify()->notifyAll()) 

Resource.java

復制代碼
/** * Created by yuandl on 2016-10-11./** * 資源 */public class Resource {    /*資源序號*/    private int number = 0;    /*資源標記*/    private boolean flag = false;    /**     * 生產(chǎn)資源     */    public synchronized void create() {        while (flag) {//先判斷標記是否已經(jīng)生產(chǎn)了,如果已經(jīng)生產(chǎn),等待消費;            try {                wait();//讓生產(chǎn)線程等待            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        number++;//生產(chǎn)一個        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產(chǎn)者------------" + number);        flag = true;//將資源標記為已經(jīng)生產(chǎn)        notifyAll();//喚醒在等待操作資源的線程(隊列)    }    /**     * 消費資源     */    public synchronized void destroy() {        while (!flag) {            try {                wait();            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費者****" + number);        flag = false;        notifyAll();    }}復制代碼

運行結果:

Thread-0生產(chǎn)者------------412Thread-2消費者****412Thread-0生產(chǎn)者------------413Thread-3消費者****413Thread-1生產(chǎn)者------------414Thread-2消費者****414Thread-1生產(chǎn)者------------415Thread-2消費者****415Thread-0生產(chǎn)者------------416Thread-3消費者****416Thread-1生產(chǎn)者------------417Thread-3消費者****417Thread-0生產(chǎn)者------------418Thread-2消費者****418Thread-0生產(chǎn)者------------419Thread-3消費者****419Thread-1生產(chǎn)者------------420Thread-2消費者****420

以上就大功告成了,沒有任何問題。

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