Java 多线程编程（生产者和消费者问题以及死锁）
2017-03-15 00:46
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Java 多线程编程（生产者和消费者问题以及死锁）
https://software.intel.com/zh-cn/blogs/2014/02/28/java
Java 多线程编程（生产者和消费者问题以及死锁）
作者： wei
w., 添加于 2014 年 2 月 28 日
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Java线程：并发协作-生产者消费者模型
对于多线程程序来说，不管任何编程语言，生产者和消费者模型都是最经典的。就像学习每一门编程语言一样，Hello World！都是最经典的例子。
实际上，准确说应该是“生产者-消费者-仓储”模型，离开了仓储，生产者消费者模型就显得没有说服力了。
对于此模型，应该明确一下几点：
1、生产者仅仅在仓储未满时候生产，仓满则停止生产。
2、消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费，仓空则等待。
3、当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。
4、生产者在生产出可消费产品时候，应该通知等待的消费者去消费。
此模型将要结合java.lang.Object的wait与notify、notifyAll方法来实现以上的需求。这是非常重要的。
/**
* Java线程：并发协作-生产者消费者模型
*
* @author leizhimin 2009-11-4 14:54:36
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Godown godown = new Godown(30);
Consumer c1 = new Consumer(50, godown);
Consumer c2 = new Consumer(20, godown);
Consumer c3 = new Consumer(30, godown);
Producer p1 = new Producer(10, godown);
Producer p2 = new Producer(10, godown);
Producer p3 = new Producer(10, godown);
Producer p4 = new Producer(10, godown);
Producer p5 = new Producer(10, godown);
Producer p6 = new Producer(10, godown);
Producer p7 = new Producer(80, godown);
c1.start();
c2.start();
c3.start();
p1.start();
p2.start();
p3.start();
p4.start();
p5.start();
p6.start();
p7.start();
}
}
/**
* 仓库
*/
class Godown {
public static final int max_size = 100; //最大库存量
public int curnum; //当前库存量
Godown() {
}
Godown(int curnum) {
this.curnum = curnum;
}
/**
* 生产指定数量的产品
*
* @param neednum
*/
public synchronized void produce(int neednum) {
//测试是否需要生产
while (neednum + curnum > max_size) {
System.out.println("要生产的产品数量" + neednum + "超过剩余库存量" + (max_size - curnum) + "，暂时不能执行生产任务!");
try {
//当前的生产线程等待
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//满足生产条件，则进行生产，这里简单的更改当前库存量
curnum += neednum;
System.out.println("已经生产了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum);
//唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
notifyAll();
}
/**
* 消费指定数量的产品
*
* @param neednum
*/
public synchronized void consume(int neednum) {
//测试是否可消费
while (curnum < neednum) {
try {
//当前的生产线程等待
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//满足消费条件，则进行消费，这里简单的更改当前库存量
curnum -= neednum;
System.out.println("已经消费了" + neednum + "个产品，现仓储量为" + curnum);
//唤醒在此对象监视器上等待的所有线程
notifyAll();
}
}
/**
* 生产者
*/
class Producer extends Thread {
private int neednum; //生产产品的数量
private Godown godown; //仓库
Producer(int neednum, Godown godown) {
this.neednum = neednum;
this.godown = godown;
}
public void run() {
//生产指定数量的产品
godown.produce(neednum);
}
}
/**
* 消费者
*/
class Consumer extends Thread {
private int neednum; //生产产品的数量
private Godown godown; //仓库
Consumer(int neednum, Godown godown) {
this.neednum = neednum;
this.godown = godown;
}
public void run() {
//消费指定数量的产品
godown.consume(neednum);
}
}
已经生产了10个产品，现仓储量为40
已经生产了10个产品，现仓储量为50
已经消费了50个产品，现仓储量为0
已经生产了80个产品，现仓储量为80
已经消费了30个产品，现仓储量为50
已经生产了10个产品，现仓储量为60
已经消费了20个产品，现仓储量为40
已经生产了10个产品，现仓储量为50
已经生产了10个产品，现仓储量为60
已经生产了10个产品，现仓储量为70
Process finished with exit code 0
说明：
对于本例，要说明的是当发现不能满足生产或者消费条件的时候，调用对象的wait方法，wait方法的作用是释放当前线程的所获得的锁，并调用对象的notifyAll() 方法，通知（唤醒）该对象上其他等待线程，使得其继续执行。这样，整个生产者、消费者线程得以正确的协作执行。
notifyAll() 方法，起到的是一个通知作用，不释放锁，也不获取锁。只是告诉该对象上等待的线程“可以竞争执行了，都醒来去执行吧”。
本例仅仅是生产者消费者模型中最简单的一种表示，本例中，如果消费者消费的仓储量达不到满足，而又没有生产者，则程序会一直处于等待状态，这当然是不对的。实际上可以将此例进行修改，修改为，根据消费驱动生产，同时生产兼顾仓库，如果仓不满就生产，并对每次最大消费量做个限制，这样就不存在此问题了，当然这样的例子更复杂，更难以说明这样一个简单模型。
我喜欢简单的例子。
Java线程：并发协作-死锁
线程发生死锁可能性很小，即使看似可能发生死锁的代码，在运行时发生死锁的可能性也是小之又小。
发生死锁的原因一般是两个对象的锁相互等待造成的。
在《Java线程：线程的同步与锁》一文中，简述死锁的概念与简单例子，但是所给的例子是不完整的，这里给出一个完整的例子。
/**
* Java线程：并发协作-死锁
*
* @author Administrator 2009-11-4 22:06:13
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
DeadlockRisk dead = new DeadlockRisk();
MyThread t1 = new MyThread(dead, 1, 2);
MyThread t2 = new MyThread(dead, 3, 4);
MyThread t3 = new MyThread(dead, 5, 6);
MyThread t4 = new MyThread(dead, 7, 8);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class MyThread extends Thread {
private DeadlockRisk dead;
private int a, b;
MyThread(DeadlockRisk dead, int a, int b) {
this.dead = dead;
this.a = a;
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
dead.read();
dead.write(a, b);
}
}
class DeadlockRisk {
private static class Resource {
public int value;
}
private Resource resourceA = new Resource();
private Resource resourceB = new Resource();
public int read() {
synchronized (resourceA) {
System.out.println("read():" + Thread.currentThread().getName() + "获取了resourceA的锁！");
synchronized (resourceB) {
System.out.println("read():" + Thread.currentThread().getName() + "获取了resourceB的锁！");
return resourceB.value + resourceA.value;
}
}
}
public void write(int a, int b) {
synchronized (resourceB) {
System.out.println("write():" + Thread.currentThread().getName() + "获取了resourceA的锁！");
synchronized (resourceA) {
System.out.println("write():" + Thread.currentThread().getName() + "获取了resourceB的锁！");
resourceA.value = a;
resourceB.value = b;
}
}
}
}
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