生产者和消费者

Posted 2020-12-03 zhoanghua

我们这里的生产者和消费者模型为：

　　　　生产者Producer 生产某个对象（共享资源），放在缓冲池中，然后消费者从缓冲池中取出这个对象。也就是生产者生产一个，消费者取出一个。这样进行循环。

 

　　第一步：我们先创建共享资源的类 Person,它有两个方法，一个生产对象，一个消费对象

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public class Person {     private String name;     private int age;           /**      * 生产数据      * @param name      * @param age      */     public void push(String name,int age){         this.name = name;         this.age = age;     }     /**      * 取数据，消费数据      * @return      */     public void pop(){         System.out.println(this.name+"---"+this.age);     } }

　　第二步：创建生产者线程，并在 run() 方法中生产50个对象

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public class Producer implements Runnable{     //共享资源对象     Person p = null;     public Producer(Person p){         this.p = p;     }     @Override     public void run() {         //生产对象         for(int i = 0 ; i < 50 ; i++){             //如果是偶数，那么生产对象 Tom--11;如果是奇数，则生产对象 Marry--21             if(i%2==0){                 p.push("Tom", 11);             }else{                 p.push("Marry", 21);             }         }     } }

　　第三步：创建消费者线程，并在 run() 方法中消费50个对象

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public class Consumer implements Runnable{     //共享资源对象     Person p = null;     public Consumer(Person p) {         this.p = p;     }           @Override     public void run() {         for(int i = 0 ; i < 50 ; i++){             //消费对象             p.pop();         }     } }

　　由于我们的模型是生产一个，马上消费一个，那期望的结果便是 Tom---11,Marry--21,Tom---11,Mary---21......   连续这样交替出现50次

但是结果却是：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Marry---21 Marry---21 Marry---21 Marry---21 Marry---21 ...... Marry---21 Marry---21 Marry---21 Marry---21 Marry---21

 

为了让结果产生的更加明显，我们在共享资源的 pop() 和 push() 方法中添加一段延时代码

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/**      * 生产数据      * @param name      * @param age      */     public void push(String name,int age){         this.name = name;         try {             //这段延时代码的作用是可能只生产了 name，age为nul，消费者就拿去消费了             Thread.sleep(10);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         this.age = age;     }     /**      * 取数据，消费数据      * @return      */     public void pop(){         try {             Thread.sleep(10);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         System.out.println(this.name+"---"+this.age);     }

　　

这个时候，结果如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Marry---11 Tom---21 Marry---11 Tom---21 Marry---11 Tom---21 Marry---11 Tom---21 ...... Tom---11 Tom---21 Marry---11 Tom---21 Marry---11 Marry---21

　　

结果分析：这时候我们发现结果全乱套了，Marry--21是固定的，Tom--11是固定的，但是上面的结果全部乱了，那这又是为什么呢？而且有很多重复的数据连续出现，那这又是为什么呢？

原因1：出现错乱数据，是因为先生产出Tom--11,但是消费者没有消费，然后生产者继续生产出name为Marry，但是age还没有生产，而消费者这个时候拿去消费了，那么便出现 Marry--11。同理也会出现 Tom--21

原因2：出现重复数据，是因为生产者生产一份数据了，消费者拿去消费了，但是第二次生产者生产数据了，但是消费者没有去消费；而第三次生产者继续生产数据，消费者才开始消费，这便会产生重复

解决办法1：生产者生产name和age必须要是一个整体一起完成，即同步。生产的中间不能让消费者来消费即可。便不会产生错乱的数据。如何同步可以参考：

　　　　　　　　Java 多线程详解（三）------线程的同步：http://www.cnblogs.com/ysocean/p/6883729.html

　　　　　这里我们选择同步方法（在方法前面加上 synchronized）

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public class Person {     private String name;     private int age;           /**      * 生产数据      * @param name      * @param age      */     public synchronized void push(String name,int age){         this.name = name;         try {             //这段延时代码的作用是可能只生产了 name，age为nul，消费者就拿去消费了             Thread.sleep(10);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         this.age = age;     }     /**      * 取数据，消费数据      * @return      */     public synchronized void pop(){         try {             Thread.sleep(10);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         System.out.println(this.name+"---"+this.age);     } }

　　结果如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Marry---21 Marry---21 Marry---21 Marry---21 Marry---21 Tom---11 Tom---11 ...... Tom---11 Tom---11 Tom---11 Tom---11 Tom---11

问题：还是没有解决上面的问题2，出现重复的问题。期望的结果是 Tom---11,Marry--21,Tom---11,Mary---21......   连续这样交替出现50次。那如何解决呢？

解决办法：生产者生产一次数据了，就暂停生产者线程，等待消费者消费；消费者消费完了，消费者线程暂停，等待生产者生产数据，这样来进行。

 

 

这里我们介绍一个同步锁池的概念：

　　同步锁池：同步锁必须选择多个线程共同的资源对象，而一个线程获得锁的时候，别的线程都在同步锁池等待获取锁；当那个线程释放同步锁了，其他线程便开始由CPU调度分配锁

 

关于让线程等待和唤醒线程的方法，如下：（这是 Object 类中的方法）

　　

 

　　

 

wait():执行该方法的线程对象，释放同步锁，JVM会把该线程放到等待池中，等待其他线程唤醒该线程

notify():执行该方法的线程唤醒在等待池中等待的任意一个线程，把线程转到锁池中等待（注意锁池和等待池的区别）

notifyAll():执行该方法的线程唤醒在等待池中等待的所有线程，把线程转到锁池中等待。

注意：上述方法只能被同步监听锁对象来调用，这也是为啥wait() 和 notify()方法都在 Object 对象中，因为同步监听锁可以是任意对象，只不过必须是需要同步线程的共同对象即可，否则别的对象调用会报错：　　　　　　　　java.lang.IllegalMonitorStateException

 

假设 A 线程和 B 线程同时操作一个 X 对象，A，B 线程可以通过 X 对象的 wait() 和 notify() 方法来进行通信，流程如下：

①、当线程 A 执行 X 对象的同步方法时，A 线程持有 X 对象的 锁，B线程在 X 对象的锁池中等待

②、A线程在同步方法中执行 X.wait() 方法时，A线程释放 X 对象的锁，进入 X 对象的等待池中

③、在 X 对象的锁池中等待锁的 B 线程获得 X 对象的锁，执行 X 的另一个同步方法

④、B 线程在同步方法中执行 X.notify() 方法，JVM 把 A 线程从等待池中移动到 X 对象的锁池中，等待获取锁

⑤、B 线程执行完同步方法，释放锁，等待获取锁的 A 线程获得锁，继续执行同步方法

 

那么为了解决上面重复的问题，修改代码如下：

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public class Person {     private String name;     private int age;           //表示共享资源对象是否为空，如果为 true，表示需要生产，如果为 false，则有数据了，不要生产     private boolean isEmpty = true;     /**      * 生产数据      * @param name      * @param age      */     public synchronized void push(String name,int age){         try {             //不能用 if，因为可能有多个线程             while(!isEmpty){//进入到while语句内，说明 isEmpty==false，那么表示有数据了，不能生产，必须要等待消费者消费                 this.wait();//导致当前线程等待，进入等待池中，只能被其他线程唤醒             }                           //-------生产数据开始-------             this.name = name;             //延时代码             Thread.sleep(10);             this.age = age;             //-------生产数据结束-------             isEmpty = false;//设置 isEmpty 为 false,表示已经有数据了             this.notifyAll();//生产完毕，唤醒所有消费者         } catch (Exception e) {             e.printStackTrace();         }               }     /**      * 取数据，消费数据      * @return      */     public synchronized void pop(){         try {             //不能用 if，因为可能有多个线程             while(isEmpty){//进入 while 代码块，表示 isEmpty==true,表示为空，等待生产者生产数据，消费者要进入等待池中                 this.wait();//消费者线程等待             }             //-------消费开始-------             Thread.sleep(10);             System.out.println(this.name+"---"+this.age);             //-------消费结束------             isEmpty = true;//设置 isEmpty为true，表示需要生产者生产对象             this.notifyAll();//消费完毕，唤醒所有生产者         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     } }

　　

结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tom---11 Marry---21 Tom---11 Marry---21 Tom---11 Marry---21 Tom---11 ...... Marry---21 Tom---11 Marry---21 Tom---11 Marry---21 Tom---11 Marry---21

 

那么这便是我们期待的结果，交替出现。

 

 

死锁:

①、多线程通信的时候，很容易造成死锁，死锁无法解决，只能避免

②、当 A 线程等待由 B 线程持有的锁，而 B 线程正在等待由 A 线程持有的锁时发生死锁现象（比如A拿着铅笔，B拿着圆珠笔，A说你先给我圆珠笔，我就把铅笔给你，而B说你先给我铅笔，我就把圆珠笔给你，这就造成了死锁，A和B永远不能进行交换）

③、JVM 既不检测也不避免这种现象，所以程序员必须保证不能出现这样的情况

 

Thread 类中容易造成死锁的方法（这两个方法都已经过时了，不建议使用）：

suspend():使正在运行的线程放弃 CPU，暂停运行（不释放锁）

resume():使暂停的线程恢复运行

情景：A 线程获得对象锁，正在执行一个同步方法，如果 B线程调用 A 线程的 suspend() 方法，此时A 暂停运行，放弃 CPU 资源，但是不放弃同步锁，那么B也不能获得锁，A又暂停，那么便造成死锁。

 

解决死锁法则：当多个线程需要访问 共同的资源A,B，C时，必须保证每一个线程按照一定的顺序去访问，比如都先访问A，然后B，最后C。就像我们这里的生产者---消费者模型，制定了必须生产者先生产一个对象，然后消费者去消费，消费完毕，生产者才能在开始生产，然后消费者在消费。这样的顺序便不会造成死锁。