JAVA執行緒消費者與生產者模型

zzc2227372發表於2014-07-16
Java執行緒模型

    本文來自：高爽|Coder，原文地址：http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7433673，轉載請註明。 

 

 

  上一篇講述了執行緒的互斥(同步)，但是在很多情況下，僅僅同步是不夠的，還需要執行緒與執行緒協作(通訊)，生產者/消費者問題是一個經典的執行緒同步以及通訊 的案例。該問題描述了兩個共享固定大小緩衝區的執行緒，即所謂的“生產者”和“消費者”在實際執行時會發生的問題。生產者的主要作用是生成一定量的資料放到 緩衝區中，然後重複此過程。與此同時，消費者也在緩衝區消耗這些資料。該問題的關鍵就是要保證生產者不會在緩衝區滿時加入資料，消費者也不會在緩衝區中空 時消耗資料。要解決該問題，就必須讓生產者在緩衝區滿時休眠（要麼乾脆就放棄資料），等到下次消費者消耗緩衝區中的資料的時候，生產者才能被喚醒，開始往 緩衝區新增資料。同樣，也可以讓消費者在緩衝區空時進入休眠，等到生產者往緩衝區新增資料之後，再喚醒消費者，通常採用執行緒間通訊的方法解決該問題。如果 解決方法不夠完善，則容易出現死鎖的情況。出現死鎖時，兩個執行緒都會陷入休眠，等待對方喚醒自己。該問題也能被推廣到多個生產者和消費者的情形。

 

  假設有這樣一種情況，有一個盤子，盤子裡只能放一個雞蛋，A執行緒專門往盤子裡放雞蛋，如果盤子裡有雞蛋，則一直等到盤子裡沒雞蛋，B執行緒專門從盤子裡取雞 蛋，如果盤子裡沒雞蛋，則一直等到盤子裡有雞蛋。這裡盤子是一個互斥區，每次放雞蛋是互斥的，每次取雞蛋也是互斥的，A執行緒放雞蛋，如果這時B執行緒要取雞 蛋，由於A沒有釋放鎖，B執行緒處於等待狀態，進入阻塞佇列，放雞蛋之後，要通知B執行緒取雞蛋，B執行緒進入就緒佇列，反過來，B執行緒取雞蛋，如果A執行緒要放 雞蛋，由於B執行緒沒有釋放鎖，A執行緒處於等待狀態，進入阻塞佇列，取雞蛋之後，要通知A執行緒放雞蛋，A執行緒進入就緒佇列。我們希望當盤子裡有雞蛋時，A線 程阻塞，B執行緒就緒，盤子裡沒雞蛋時，A執行緒就緒，B執行緒阻塞，程式碼如下：

 

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/** 定義一個盤子類，可以放雞蛋和取雞蛋 */
public class Plate {
	/** 裝雞蛋的盤子 */
	List<Object> eggs = new ArrayList<Object>();
	/** 取雞蛋 */
	public synchronized Object getEgg() {
		while (eggs.size() == 0) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		Object egg = eggs.get(0);
		eggs.clear();// 清空盤子
		notify();// 喚醒阻塞佇列的某執行緒到就緒佇列
		System.out.println("拿到雞蛋");
		return egg;
	}
	/** 放雞蛋 */
	public synchronized void putEgg(Object egg) {
		while (eggs.size() > 0) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		eggs.add(egg);// 往盤子裡放雞蛋
		notify();// 喚醒阻塞佇列的某執行緒到就緒佇列
		System.out.println("放入雞蛋");
	}
	static class AddThread&nbsp;implements Runnable&nbsp; {
		private Plate plate;
		private Object egg = new Object();
		public AddThread(Plate plate) {
			this.plate = plate;
		}
		public void run() {
			plate.putEgg(egg);
		}
	}
	static class GetThread&nbsp;implements Runnable&nbsp; {
		private Plate plate;
		public GetThread(Plate plate) {
			this.plate = plate;
		}
		public void run() {
			plate.getEgg();
		}
	}
	public static void main(String args[]) {
		Plate plate = new Plate();
		for(int i = 0; i < 10; i++) {
			new Thread(new AddThread(plate)).start();
			new Thread(new GetThread(plate)).start();
		}
	}
}

 

 

 

  程式開始，A執行緒判斷盤子是否為空，放入一個雞蛋，並且喚醒在阻塞佇列的一個執行緒，阻塞佇列為空；假設CPU又排程了一個A執行緒，盤子非空，執行等待，這 個A執行緒進入阻塞佇列；然後一個B執行緒執行，盤子非空，取走雞蛋，並喚醒阻塞佇列的A執行緒，A執行緒進入就緒佇列，此時就緒佇列就一個A執行緒，馬上執行，放 入雞蛋；如果再來A執行緒重複第一步，在來B執行緒重複第二步，整個過程就是生產者(A執行緒)生產雞蛋，消費者(B執行緒)消費雞蛋。

 

     大家注意到沒有，在呼叫wait方法時，都是用while判斷條件的，而不是if，在wait方法說明中，也推薦使用while，因為在某些特定的情況 下，執行緒有可能被假喚醒，使用while會迴圈檢測更穩妥。wait和notify方法必須工作於synchronized內部，且這兩個方法只能由鎖對 象來呼叫。

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