多线程学习笔记五 - 多生产者多消费者问题
线程通信--多生产者多消费者问题
多生产者，多消费者会导致线程死锁的情况。
public class RoastDuck {
public static void main(String[] args) {
Duck d = new Duck();
ProductProcess pp = new ProductProcess(d);
ProductProcess pp0 = new ProductProcess(d);
ConsumeProcess cp = new ConsumeProcess(d);
ConsumeProcess cp0 = new ConsumeProcess(d);
Thread t0 = new Thread(pp0);
Thread t1 = new Thread(pp);
Thread t2 = new Thread(cp);
Thread t3 = new Thread(cp0);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class ProductProcess implements Runnable {
Duck d ;
public ProductProcess(Duck d) {
this.d = d;
}
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized(d){
d.product("好吃的烤鸭");
}
}
}
}
class ConsumeProcess implements Runnable{
Duck d ;
public ConsumeProcess(Duck d) {
this.d = d;
}
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized(d){
d.consume();
}
}
}
}
class Duck{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
public void product(String name){
//第一种写法：
if(flag == false){
this.name = name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : product "+this.name +" duck");
flag = true;
this.notify();
}else{
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//第二种写法：
/*if(flag == true){
try {
this.wait();//如果这样写，程序会在这里进入线程池，下次被唤醒的时候就不会进行判断，直接进入下面的操作，会出现线程安全问题。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name = name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : product "+this.name +" duck");
flag = true;
this.notify();*/
//第二种方法改正：
/*while(flag){
try {
this.wait();//如果这样写，程序会在这里进入线程池，下次被唤醒的时候就不会进行判断，直接进入下面的操作，会出现线程安全问题。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name = name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : product "+this.name +" duck");
flag = true;
this.notify();*/
}
public void consume(){
if(flag == true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : consume "+this.name +" duck");
flag = false;
this.notify();
}else{
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
产生原因：
因为每次唤醒的线程都是任意的，如果唤醒线程的时候总是唤醒本方的线程（例如都是生产者或者都是消费者），就会导致线程死锁。
解决思路：
每次唤醒都要保证有对方的线程被唤醒。
解决方法：
每次都唤醒所有的线程。使用notifyAll();方法。
public class RoastDuck {
public static void main(String[] args) {
Duck d = new Duck();
ProductProcess pp = new ProductProcess(d);
ProductProcess pp0 = new ProductProcess(d);
ConsumeProcess cp = new ConsumeProcess(d);
ConsumeProcess cp0 = new ConsumeProcess(d);
Thread t0 = new Thread(pp0);
Thread t1 = new Thread(pp);
Thread t2 = new Thread(cp);
Thread t3 = new Thread(cp0);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class ProductProcess implements Runnable {
Duck d ;
public ProductProcess(Duck d) {
this.d = d;
}
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized(d){
d.product("好吃的烤鸭");
}
}
}
}
class ConsumeProcess implements Runnable{
Duck d ;
public ConsumeProcess(Duck d) {
this.d = d;
}
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized(d){
d.consume();
}
}
}
}
class Duck{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
public void product(String name){
//第一种写法：
if(flag == false){
this.name = name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : product "+this.name +" duck");
flag = true;
this.notifyAll();
}else{
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//第二种写法：
/*if(flag == true){
try {
this.wait();//如果这样写，程序会在这里进入线程池，下次被唤醒的时候就不会进行判断，直接进入下面的操作，会出现线程安全问题。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name = name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : product "+this.name +" duck");
flag = true;
this.notifyAll();*/
//第二种方法改正：
/*while(flag){
try {
this.wait();//如果这样写，程序会在这里进入线程池，下次被唤醒的时候就不会进行判断，直接进入下面的操作，会出现线程安全问题。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
this.name = name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : product "+this.name +" duck");
flag = true;
this.notifyAll();*/
}
public void consume(){
if(flag == true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : consume "+this.name +" duck");
flag = false;
this.notifyAll();
}else{
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
notifyAll()方法解决了一定能唤醒对方线程的问题。
以前解决多生产者多消费者的情况就用while循环判断+notifyAll解决。
但是一唤醒就全醒了，本方也醒了，本方还要重新判断标记。
这些问题在JDK1.5给出了解决方案：
1.5以前，我们用的synchronized同步代码块是隐式的，操作起来不灵活。
1.5以后，新增了一个接口---->lock
在java.util.concurrent.locks包中。
public interface Lock
Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法（同步函数）和语句（同步块）可获得的【更广泛】的锁定操作。
此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 对象。
语法形式：
lock.lock();
code...
lock.unlock();
将同步和锁封装成了对象，并将操作锁的隐式方式定义到了该对象中，将隐式动作变成了显示动作。
public interface Condition
Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set（wait-set）。
其中，Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。
1.5之前解决线程安全问题：
class Object{
public final void wait() throws InterruptedException {
wait(0);
}
public final native void notify();
public final native void notifyAll();
}
class Demo extends Object{
}
class MyThread implements Thread{
Demo d = new Demo();
public void run(){
synchronized(d){
d.wait();
}
}
}
1.5之后解决线程安全问题：
class Condition{
void await() throws InterruptedException;
void signal();
void signalAll();
}
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition c1 = lock.newCondition();
Condition c2 = lock.newCondition();
lock.lock();
try{
code...
}finally{
lock.unlock();
}
1.5以前，一个锁上只能由一组监视器，这组监视器既监视生产者又监视消费者。
1.5以后，一个锁上面弄两组监视器，一组监视器监视生产者，一组监视器监视消费者。
用Lock解决线程死锁问题：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class RoastDuckLock {
public static void main(String[] args) {
Duck2 d = new Duck2();
ProductProcess2 pp = new ProductProcess2(d);
ProductProcess2 pp0 = new ProductProcess2(d);
ConsumeProcess2 cp = new ConsumeProcess2(d);
ConsumeProcess2 cp0 = new ConsumeProcess2(d);
Thread t0 = new Thread(pp0);
Thread t1 = new Thread(pp);
Thread t2 = new Thread(cp);
Thread t3 = new Thread(cp0);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class ProductProcess2 implements Runnable {
Duck2 d ;
public ProductProcess2(Duck2 d) {
this.d = d;
}
@Override
public void run() {
while(true){
d.product("好吃的烤鸭");
}
}
}
class ConsumeProcess2 implements Runnable{
Duck2 d ;
public ConsumeProcess2(Duck2 d) {
this.d = d;
}
@Override
public void run() {
while(true){
d.consume();
}
}
}
class Duck2{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition product_con = lock.newCondition();
Condition consume_con = lock.newCondition();
public void product(String name){
lock.lock();
try{
if(flag == false){
this.name = name+count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : product "+this.name +" duck");
flag = true;
consume_con.signal();
}else{
try {
product_con.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}finally{
lock.unlock();
}
}
public void consume(){
lock.lock();
try{
if(flag == true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : consume "+this.name +" duck");
flag = false;
product_con.signal();
}else{
try {
consume_con.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
Lock接口：代替了同步块和同步函数，将隐式锁操作变成了显示锁操作。同时更加灵活，可以一个锁上面加多组监视器。
lock()：获取锁
unlock()：释放锁，需要放在finally当中。
Condition接口：出现了代替wait() notify() notifyAll()，并将这些监视器方法进行了封装，变成了Condition监视器对象。可以与任意锁进行组合。
await();
signal();
signalAll();
JDK文档内的示例：相对来说复杂，但是很经典，真正开发用的也是这种。
class BoundedBuffer {
final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition notFull = lock.newCondition();
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
final Object[] items = new Object[100];
int putptr, takeptr, count;
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
items[putptr] = x;
if (++putptr == items.length) putptr = 0;
++count;
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
Object x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
--count;
notFull.signal();
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
