多线程等待唤醒机制之生产消费者模式

Posted 2020-09-14

　上篇楼主说明了多线程中死锁产生的原因并抛出问题——死锁的解放方案，那么在本篇文章，楼主将引用一个KFC生产汉堡，顾客购买汉堡的过程来说明死锁解决方案及多线程的等待唤醒机制。

简单地用一幅图来说明KFC生产汉堡，顾客来消费的过程：

场景分析：

1. 资源类：Hamburger   

2. 设置汉堡数据:SetThread(生产者)

3. 获取汉堡数据：GetThread(消费者)

4. 测试类:HamburgerTest

5. 不同种类的线程（生产者、消费者）针对同一资源（汉堡）的操作

6. 当汉堡有存货的时候，汉堡师傅不再生产，顾客可消费；反之，汉堡师傅生产，顾客不可消费

7. 是否有线程安全问题？当然。楼主在《线程安全问题》那篇文章给出了判定方式，在该场景全部满足。

代码构建：类里面的i属性是楼主为了效果好一些特意加的，与本文要说明的问题无关；

　　首先是资源类Hamburger.java，楼主这里为了模拟只简单的构造了3个字段，其中flag用来表示资源是否有数据。

 1 package com.jon.hamburger; 2  3 public class Hamburger { 4     private String name;//汉堡名称 5     private double price;//汉堡价格 6     private boolean flag;//汉堡是否有数据的标志，默认为false，表示没有数据 7     public String getName() { 8         return name; 9     }10     public void setName(String name) {11         this.name = name;12     }13     public double getPrice() {14         return price;15     }16     public void setPrice(double price) {17         this.price = price;18     }19     public boolean isFlag() {20         return flag;21     }22     public void setFlag(boolean flag) {23         this.flag = flag;24     }25     26 }

　　接着是生产者SetThread.java与GetThread.java，都需要实现Runnable接口。场景分析中的第7点已经说明，场景存在线程安全的问题，楼主在前篇文章已经说明，线程安全的问题可以通过加锁来进行解决，但是这里涉及到不同种类的线程，所以必须要满足2点：

1. 不同种类的线程都要加锁

2. 不同种类的线程加的锁必须是同一把

SetThread.java

 1 package com.jon.hamburger; 2  3 public class SetThread implements Runnable { 4     private Hamburger hamburger; 5     private int i; 6  7     public SetThread(Hamburger hamburger) { 8         this.hamburger = hamburger; 9     }10     @Override11     public void run() {12         while (true) {//为了数据效果好一些，楼主加入了判断13             synchronized (hamburger) {14                 if(this.hamburger.isFlag()){//如果有存货15                     try {16                         hamburger.wait();//线程等待17                     } catch (InterruptedException e) {                        
18                         e.printStackTrace();19                     }20                 }21                 //如果没有存货，这模拟生产22                 if (i % 2 == 0) {23                     this.hamburger.setPrice(25.0);24                     this.hamburger.setName("俊锅的汉堡");25                 } else {26                     this.hamburger.setPrice(26.0);27                     this.hamburger.setName("大俊锅的汉堡");28                 }29                 this.hamburger.setFlag(true);//生产完成后更改标志30                 hamburger.notify();//唤醒当前等待的线程31                 i++;//只为数据效果好一些，无实际意义32             }33 34         }35 36     }37 38 }

GetThread.java

 1 package com.jon.hamburger; 2  3 public class GetThread implements Runnable { 4  5     private Hamburger hamburger; 6     /** 7      * 为了让同步锁使用同一个对象锁，这里通过构造方法进行传递 8      * @param hamburger 9      */10     public GetThread(Hamburger hamburger){11         this.hamburger = hamburger;12     }13     @Override14     public void run() {15         while(true){16             synchronized (hamburger) {17                 if(!this.hamburger.isFlag()){//如果没有存货，线程等待18                     try {19                         hamburger.wait();20                     } catch (InterruptedException e) {                        
21                         e.printStackTrace();22                     }23                 }24                 //如果有数据则进行输出25                 System.out.println(this.hamburger.getName()+"-----"+this.hamburger.getPrice());26                 this.hamburger.setFlag(false);//更改标志27                 hamburger.notify();//唤醒线程28             }    
29         }        
30         31     }32 33 }

 　　可以看到两个线程类的run方法中都使用了sysnchronized进行了加锁，并使用同一个hamburger对象锁。

　　再看测试类HamburgerTest.java及输出：

 1 package com.jon.hamburger; 2  3  4  5 public class HamburgerTest { 6  7  8     public static void main(String[] args) { 9         Hamburger hamburger = new Hamburger();10         11         SetThread st = new SetThread(hamburger);//通过构造方法传入共享资源数据hamburger12         GetThread gt = new GetThread(hamburger);13         14         Thread td1 = new Thread(st);15         Thread td2 = new Thread(gt);16         17         td1.start();18         td2.start();19 20     }21 22 }

　　测试类中，我们通过构造方法给SetThread和GetThread传入了同一个对象，以保证锁对象为同一把。

　　输出结果，线程间不相互影响，同时都无NULL------0.0的情况输出：

　　

1 俊锅的汉堡-----25.02 大俊锅的汉堡-----26.03 俊锅的汉堡-----25.04 大俊锅的汉堡-----26.05 俊锅的汉堡-----25.06 大俊锅的汉堡-----26.07 俊锅的汉堡-----25.08 大俊锅的汉堡-----26.0

代码分析：

　　我们假设线程t2先抢到CPU的执行权，那么程序执行流程可用下图表示：

　　根据程序代码分析也可见，由于线程之间相互等待产生的死锁问题也得以解决，解决方案就是通过唤醒。另外，文本楼主还使用了另一种方式，思路也差不多，示例代码与本文的示例代码放在一起，已上传到GitHub。