利用jvisualvm.exe搞一个关于生产者消费者的另一些纠结的问题

Posted 2020-12-16 不想下火车的人

　　在利用jvisualvm.exe搞一个关于生产者消费者的一个纠结的问题中，我们已经看到如何在生产者消费者模型中，由于队列的不安全导致消费者一直空转的情况，并通过使用线程安全的队列去解决该问题。接下来我们继续跟踪该问题的其他几种并发情况，现在先把生产者代码中使消费者优先执行的关键那一行休眠注释掉，还是用LinkedList作为队列跑一下，结果又让我们大跌眼镜：

 

 

　　是的，看起来很完美的日志，生产者也生产了，消费者也消费了，最后一个元素都出队入队了，但依然卡住了。祭出jvisualvm神器，发现消费者线程还是在空转：

 

 

　　这次队列的收尾两个对象都是null，除此之前一切正常，日志显示其他对象被生产出来又被消费掉了。咋回事呢？我们还得看看LinkedList的源码：

    /**
     * Pointer to first node.
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (first.prev == null && first.item != null)
     */
    transient Node<E> first;

    /**
     * Pointer to last node.
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (last.next == null && last.item != null)
     */
    transient Node<E> last;

　　注释告诉我们第一个节点和最后一个节点只存在两种情况：要么同时为null，要么本身不为空，但它的前一个（对第一个节点来说）或下一个（对最后一个节点来说）是null。怎么理解呢，这就得从LinkedList本身说起了：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

　　我们看到它实现了Deque接口，它是Queue的子类，支持双向遍历，所以LinkedList是一个双向链表，既可以从first节点出发向后遍历，又可以从last节点向前遍历。就像一条双头蛇，两边都是头，两边都是尾。而且它支持null对象，所以就出现上面的情况。一图抵千言，把图中的head和tail换成LinkedList中的first和last，一样的说法：

 

 

　　多跑几次，也许你还会碰到这种情况，开始生产者消费者步调是一致的：

 

 　　然而到了后来，只有生产者一个人在玩，消费者又去默默假死了：

 

 　　看看队列的情况：

 

 

 

　　嗯，前面消费者正常的消费掉了一大部分，生产者的生产速度跟不上，队首first变成了null，所以它没得办法，只能去死循环，因为如下两段代码决定了一旦队列为空，就会再次进入消费者的拉取循环中：

    /**
     * Retrieves and removes the head (first element) of this list.
     *
     * @return the head of this list, or {@code null} if this list is empty
     * @since 1.5
     */
    public E poll() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }

// 如果拉取到的对象是null，跳过继续拉取
            if (element == null) {
                continue;
            }

 

　　虽然后来生产者继续补充产品，但如果它无法告知消费者，那么也将无奈的于事无补了，因为消费者已经没法享用。只能把这1260个数字（除掉队首的null）永远的留在队列中。由此我们知道，只要某一时刻消费者赶上了生产的速度，一旦队列空了，那么消费者就会出现假死。

 

 　　我们算下，队列在8738时步调一致，队列为空，下一刻消费者进入空转，生产者继续工作，继续往队列中投入9999-8739=1260个数字。跟上面的堆内存中的队列个数可以对上。最后我们来看看在队列线程不安全的情况下，程序能正常运行的情况：1、生产者的生产速度比消费者消费速度快，保持队列永远有值；2、生产者的生产速度比消费者消费速度快或者保持一致，但优先生产，保持队列不为空，并提前完成生产，结束生产者线程，双线程变成单线程，后面就是消费者慢慢自己玩了。一旦出现消费者取到队首为null的情况，就可能陷入空转的泥潭不可自拔。

　　我们实现上面的正常情况2，手动给消费制造一点延时，让它慢一点：

 

 　　可以看到，只需要给消费类加一点点的休眠时间，生产者就能先完成任务，消费者随后也完成了消费。