java多线程15 ：wait()和notify() 的生产者/消费者模式

什么是生产者/消费者模型

一种重要的模型，基于等待/通知机制。生产者/消费者模型描述的是有一块缓冲区作为仓库，生产者可将产品放入仓库，消费者可以从仓库中取出产品，生产者/消费者模型关注的是以下几个点：

1、生产者生产的时候消费者不能消费

2、消费者消费的时候生产者不能生产

3、缓冲区空时消费者不能消费

4、缓冲区满时生产者不能生产

生产者/模型作为一种重要的模型，它的优点在于：

1、解耦。因为多了一个缓冲区，所以生产者和消费者并不直接相互调用，这一点很容易想到，这样生产者和消费者的代码发生变化，都不会对对方产生影响，这样其实就把生产者和消费者之间的强耦合解开，变为了生产者和缓冲区/消费者和缓冲区之间的弱耦合

2、通过平衡生产者和消费者的处理能力来提高整体处理数据的速度，这是生产者/消费者模型最重要的一个优点。如果消费者直接从生产者这里拿数据，如果生产者生产的速度很慢，但消费者消费的速度很快，那消费者就得占用CPU的时间片白白等在那边。有了生产者/消费者模型，生产者和消费者就是两个独立的并发体，生产者把生产出来的数据往缓冲区一丢就好了，不必管消费者；消费者也是，从缓冲区去拿数据就好了，也不必管生产者，缓冲区满了就不生产，缓冲区空了就不消费，使生产者/消费者的处理能力达到一个动态的平衡

本篇先将利用wait()/notify()实现生产者/消费者的几点注意，最后讲解通关管道字节，字符流等也可以实现线程通信

利用wait()/notify()实现生产者/消费者模型

既然生产者/消费者模型有一个缓冲区，那么我们就自己做一个缓冲区，生产者和消费者的通信都是通过这个缓冲区的。value为""表示缓冲区空，value不为""表示缓冲区满：

public class ValueObject
{
    public static String value = "";
}

接下来就是一个生产者了，如果缓冲区满了的，那么就wait()，不再生产了，等待消费者消费完通知；如果缓冲区是空的，那么就生产数据到缓冲区中

public class Producer
{
    private Object lock;
    
    public Producer(Object lock)
    {
        this.lock = lock;
    }
    
    public void setValue()
    {
        try
        {
            synchronized (lock)
            {
                if (!ValueObject.value.equals(""))
                    lock.wait();
                String value = System.currentTimeMillis() + "_" + System.nanoTime();
                System.out.println("Set的值是：" + value);
                ValueObject.value = value;
                lock.notify();
            }
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

消费者类似，如果缓冲区是空的，那么就不再消费，wait()等待，等待生产者生产完通知；如果缓冲区不是空的，那么就去拿数据：

public class Customer
{
    private Object lock;
    
    public Customer(Object lock)
    {
        this.lock = lock;
    }
    
    public void getValue()
    {
        try
        {
            synchronized (lock)
            {
                if (ValueObject.value.equals(""))
                    lock.wait();
                System.out.println("Get的值是：" + ValueObject.value);
                ValueObject.value = "";
                lock.notify();
            }
        } 
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

写个主函数，开两个线程调用Producer里面的getValue()方法和Customer()里面的setValue()方法：

public static void main(String[] args)
{
    Object lock = new Object();
    final Producer producer = new Producer(lock);
    final Customer customer = new Customer(lock);
    Runnable producerRunnable = new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            while (true)
            {
                producer.setValue();
            }
        }
    };
    Runnable customerRunnable = new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            while (true)
            {
                customer.getValue();
            }
        }
    };
    Thread producerThread = new Thread(producerRunnable);
    Thread CustomerThread = new Thread(customerRunnable);
    producerThread.start();
    CustomerThread.start();
}

看一下运行结果：

...
Set的值是：1444025677743_162366875965845
Get的值是：1444025677743_162366875965845
Set的值是：1444025677743_162366875983541
Get的值是：1444025677743_162366875983541
Set的值是：1444025677743_162366876004776
Get的值是：1444025677743_162366876004776
...

生产数据和消费数据一定是成对出现的，生产一个消费一个，满了不生产，空了不消费，生产者不能无限生产，消费者也不能无限消费，符合生产者/消费者模型。生产者速度快，就不占用CPU时间片，等着消费者消费完通知它继续生产，这块时间片可以用来给其他线程用。

 上面是一个很普通的生产者/消费者模型，且只有一个生产者和消费者，执行正常，如果有多个的话就会产生假死情况。注意上面的if判断是有问题，在一生产/多消费的线程执行的话，会出现程序混乱的问题，因为没有二次验证，改为while就可以，这里可以参考java多线程14 ：wait()和notify()/notifyAll() 这里有些该情况

生产者/消费者操作值---假死

上面模拟了多个生产者/消费者 操作值产生的假死情况，在这里为什么会出现假死的情况，就是因为多个生产者/消费者通时执行，而一次执行只notify唤醒了一个wait的线程，由于多线程唤醒的执行顺序是无序的，很有可能生产者notify唤醒了一个生产者，这样冲突互相wait，就造成了线程假死。

解决上面假死的情况就是使用notifyAll，这样就通知了所有wait的线程，包括生产/消费，只要有一个不是同类的被唤醒就不会出现wait假死情况了

一生产者/多消费者--操作栈

一生产者/多消费者如果使用if判断的会导致程序错乱，抛出异常，验证

上面是一生产 一消费的情况，正常打印。下面修改代码，变成一生产/多消费

一生产者/多消费者--解决if wait条件为while，并解决假死notify改为notifyAll

生产/消费模式下分支用whlie二次判断，notifyAll解决假死

通过管道进行线程间通信---字节流

从上面来看，管道字符流也是可以实现线程通信的

通过管道进行线程间通信---字符流

run

跟字节流一样