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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

??? 2016-11-04 11:58:36 568
????: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)

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

/**
 * 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();
    }
}

Producer.java

/**
 * 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();
        }

    }
}

Consumer.java

/**
 * 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();
        }

    }
}

ProducerConsumerTest.java

/**
 * 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

    }

}

打印結(jié)果:

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

以上打印結(jié)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

**
 * 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

    }

}

運行結(jié)果:

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

通過以上打印結(jié)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(quán)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

/**
 * 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();
    }
}

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

/**
 * 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();
    }
}

運行結(jié)果:

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

以上就大功告成了,沒有任何問題


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