多线程的生产者消费者模式

线程间的通信：多个线程在处理同一资源，但是任务却不同。
一、等待唤醒机制
涉及的方法：
1.wait();让线程处于冻结状态，被wait的线程会被存储到线程池中
2.notify();唤醒线程池中的一个任意线程
3.notifyAll();唤醒线程池中的所有线程
这些方法都必须定义在同步中，因为这些方法是用于操作线程状态的方法，必须要明确到底操作的是哪个锁上的线程
wait()对A锁上面的线程进行操作后只能用A锁的notify来唤醒。被wait之后的线程可认为放在线程池中。

为什么操作线程的方法wait notify notifyAll定义在Object类中？
因为这些方法是监视器的方法，监视器其实就是锁。
锁可以是任意多对象，任意的对象调用的方式一定是定义在Object中。

package com.test2;

class Resource
{
    private String name;
    private  int count=1;
    private  boolean flag=false;

    public synchronized void set(String name)
    {
       if(flag)
            try{ this.wait();}catch(InterruptedException e){}

        this.name=name+count;
        count++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...." + "生产者"+".........." + this.name);
       flag=true;
        notify();
    }

    public synchronized void out()
    {
        if(!flag)
        try{ this.wait();}catch(InterruptedException e){}

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...."+"消费者"+"...."+this.name);
        flag=false;
        notify();
    }
}

class Producer implements  Runnable
{ private Resource r;
    Producer(Resource r)
    {
        this.r =r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("烤鸭");
        }
    }

}

class Consumer implements  Runnable
{ private Resource r;
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r =r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }

}

public class Demo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Resource r=new Resource();

        Producer a=new Producer(r);
        Consumer b=new Consumer(r);
        
        Thread t0=new Thread(a);      
        Thread t1=new Thread(b);
       
        t0.start();
        t1.start();            
    }
} 

产生的结果是：每生产一只就消费一只。

 

二、多生产者多消费者问题

将代码改成两个生产者两个消费者：

Thread t0=new Thread(a);
Thread t1=new Thread(a);
Thread t2=new Thread(b);
Thread t3=new Thread(b);

t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();

可见还是产生了安全问题，关键在于这段代码中：

  if(flag)

     try{ this.wait();}catch(InterruptedException e){}  //t0 t1

当t0 t1被wait()挂在那后当再次唤醒的时候不会再次去判断flag标记，而直接往下走再次去生产，导致发生错误。

只要将if改为while语句让它返回再次判断一次即可。

  while(flag)

     try{ this.wait();}catch(InterruptedExceptione){}  

class Resource
{
    private String name;
    private  int count=1;
    private  boolean flag=false;

    public synchronized void set(String name)
    {
       while(flag)
            try{ this.wait();}catch(InterruptedException e){}    

        this.name=name+count;
        count++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...." + "生产者"+"........" + this.name);
       flag=true;
        notifyAll();
    }

    public synchronized void out()
    {
        while(!flag)
        try{ this.wait();}catch(InterruptedException e){} 

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...."+"消费者"+"...."+this.name);
        flag=false;
        notifyAll();
    }
}

class Producer implements  Runnable
{ private Resource r;
    Producer(Resource r)
    {
        this.r =r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("烤鸭");
        }
    }

}

class Consumer implements  Runnable
{ private Resource r;
    Consumer(Resource r)
    {
        this.r =r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }

}

public class Demo3
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Resource r=new Resource();

        Producer a=new Producer(r);
        Consumer b=new Consumer(r);
        
        Thread t0=new Thread(a);      
        Thread t1=new Thread(a);
        Thread t2=new Thread(b);      
        Thread t3=new Thread(b);
        
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
       
    }
}

 

可是将代码改成这样后，却出现了死锁问题：

结果运行到这就卡死不动了。
原因：当走到t0(活)，t1，t2，t3的情况时，t0走完线程代码，唤醒不是t2或者t3中间的一个而是t1，标志位也改为那么true，那么t1也被直接wait了。
现在t0,t1,t2,t3全死，不会再唤醒，出现死锁。而上面没有出现的死锁的原因在于用if语句，唤醒之后程序接着往下走，总会notify任何一个线程而不会
把所有线程都被wait，而用了while当唤醒之后首先判断标志位，会直接挂死(唤醒的是同一方的线程)。
所以究其原因是没有唤醒对方的线程。那么怎么保证每次都能至少唤醒对方的一个线程呢？
很遗憾，可是没有办法唤醒指定的线程，可以考虑将notify改为notifyAll每次唤醒所有wait的线程可以解决问题，搞定！再次会每生产一个就会消费一个。


总结：
if判断标记，只有一次，会导致不该运行的线程运行了，出现数据错误的情况。

 while判断标记，解决线程获取执行权后是否要运行。

 notifyAll解决了本方线程一定会唤醒对方线程，notify可能只是唤醒了本方线程，没有意义。且while标记+notify会导致死锁。

 所以只要是多生产者多消费者的情况，就用while+notifyAll。
 

问题：在用notifyAll唤醒线程时可能唤醒了本方线程，可是唤醒本方线程是没有意义的(效率较低)，本方线程已经干完活了，需要唤醒对方线程干活就行了。

在jdk1.5 java.util.concurrent.locks中提供了接口Lock

Lock实现提供了比使用synchronized方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。

在同步代码块中，对于锁的操作是隐式的,获得和释放都是隐式。jdk1.5后将锁和同步封装成对象，按面向对象的方式显示操作锁。

Object obj=new Object();

void show ()

{  synchronized(obj)

     {                              

　　}

}

变为：

Lock lock=new ReetrantLock();     //互斥锁，被一个线程获取后不能被其他线程获取。

void show ()

{ lock.lock();//获得锁

        code。。。

   lock.unlock();//释放锁

}

接口Conditionn将Object监视器方法（wait、notify、notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过这些对象与任意的lock组合使用。

其中Lock替代了synchronized方法与语句的使用，conditiont替代了Object监视器方法的使用。

Condition实例实质上被绑定在一个锁上，要为Lock实例获得Condition实例使用newCondition()方法。

 

对于上面问题的解决方法：生产者和消费者分别获取一个condition对象，各自拥有一组监视器方法。生产者指定唤醒消费者，消费者指定唤醒生产者。

改动的代码如下：

class Resource1 {
    private String name;
    private int count = 1;
    private boolean flag = false;
    //创建一个锁对象。
    Lock lock = new ReentrantLock();
    //通过已有的锁获取该锁上的监视器对象
   // Condition con = lock.newCondition();

    //通过已有的锁获取两组监视器，一组监视生产者，一组监视消费者
    Condition producer_con=lock.newCondition();
    Condition consumer_con=lock.newCondition();


    public void set(String name) {
        lock.lock();
        try {
            while (flag)  //if()
                try {
                    producer_con.await();
                } catch (InterruptedException e) {}

            this.name = name + count;
            count++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...." + "生产者" + "...." + this.name);
            flag = true;
            consumer_con.signal();//notify()


        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void out() {
        lock.lock();
        try {
            while (!flag)  //if()
                try {
                    consumer_con.await();
                } catch (InterruptedException e) {}

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...." + "消费者" + "...." + this.name);
            flag = false;
            producer_con.signal();//notify()
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }
}

class Producer1 implements  Runnable
{ private Resource r;
    Producer1(Resource r)
    {
        this.r =r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.set("烤鸭");
        }
    }

}

class Consumer1 implements  Runnable
{ private Resource r;
    Consumer1(Resource r)
    {
        this.r =r;
    }
    public void run()
    {
        while(true)
        {
            r.out();
        }
    }

}

public class LockDemo
{
    public static void  main(String[] args)
    {
        Resource r=new Resource();

        Producer a=new Producer(r);
        Consumer b=new Consumer(r);

        Thread t0=new Thread(a);
        Thread t1=new Thread(a);
        Thread t2=new Thread(b);
        Thread t3=new Thread(b);

        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

总结：

* Lock接口：出现替代了同步代码块或者同步函数。将同步隐式操作变成显示锁操作。同时更加灵活。可以一个锁上加上多组监视器。
* lock（）：获取锁
* unlock（）：释放锁，通常要要定义在finally代码块当中。
* Condition接口：出现替代了Object中wait notify notifyAll方法，这些监视器方法单独进行了封装，变成Condition监视器对象。
* 可以任意的锁进行组合。
* await（）——wait（）
* signal（）——notify（）
* signalAll（）——notifyAll（）

 

示例：假定有一个绑定的缓冲区，它支持 put 和 take 方法。如果试图在空的缓冲区上执行 take 操作，则在某一个项变得可用之前，线程将一直阻塞；

如果试图在满的缓冲区上执行 put 操作，则在有空间变得可用之前，线程将一直阻塞。

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();
     }
   } 
 }