Java 生产者消费者模式详细分析(4)

这里先说明多生产者多消费者,但同一个时刻最多只能有一个面包的模式,这个模式在实际中可能是不理想的,但为了引出后面真实的多生产多消费模式,我觉得有必要在这里解释这种模式,并且分析这种模式以及如何从单生产单消费的代码演变而来。

如下图:

Java 生产者消费者模式详细分析

从单生产单消费到多生产多消费,因为多线程安全问题和死锁问题,所以有两个方面的问题需要考虑:

对于某一方来说,如何让多线程达到和单线程同样的生产或消费能力?也就是说,如何让多线程看上去就是单线程。多线程和单线程最大的区别在于多线程安全问题,因此,只要保证多线程执行的任务能够同步即可。

第1个问题考虑的是某一方多线程的问题,第2个问题考虑的是两方如何能和谐配合完成生产消费问题。也就是如何保证生产方和消费方一方活动的同时另一方睡眠。只需在某一方执行完同步任务时,唤醒另一方即可。

其实从单线程到多线程,就两个问题需要考虑:不同步和死锁。(1)当生产方和消费方都出现了多线程,可以将生产方的多线程看成一个线程整体、消费方的多线程也看成一个整体,这解决的是线程安全问题。(2)再将生产方整体和消费方整体两方结合起来看成多线程,来解决死锁问题,而java中解决死锁的方式就是唤醒对方或唤醒所有。

问题是如何保证某一方的多线程之间同步?以多线程执行单消费方的代码为例进行分析。

while(true){ synchronized(Bread.class){ if(!b.flag){ try{Bread.class.wait();}catch(InterruptedException i){} } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"----消费者-------------"+consume()); try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException i){} b.flag = false; Bread.class.notify(); } }

假设消费线程1消费完一个面包后唤醒了消费线程2,并继续循环,判断if(!flag),它将wait,于是锁被释放。假设CPU正好选中了消费线程2,那么消费线程2也将进入wait。当生产方生产了一个面包后,假设唤醒了消费线程1,它将从wait语句处继续向下消费刚生产完的面包,假设正好再次唤醒了消费线程2,当消费线程2被CPU选中后,消费线程2也将从wait语句处向下消费,消费的也是刚才生产的面包,问题再此出现了,连续唤醒的消费线程1和2消费的是同一个面包,也就是说面包被重复消费了。这又是多线程不同步问题。

说了一大段,其实将视线放大后分析就很简单了,只要某一方的2个或多个线程都因为判断b.flag而wait,那么这两个或多个线程有可能会被连续唤醒而继续向下生产或消费。这造成了多线程不同步问题。

不安全的问题就出在同一方的多个线程在连续唤醒后继续向下生产或消费。这是if语句引起的,如果能够让wait的线程在唤醒后还回头判断b.flag是否为true,就能让其决定是否继续wait还是向下生产或消费。

可以将if语句替换为while语句来满足要求。这样一来,无论某一方的多个线程是否被连续唤醒,它们都将回头判断b.flag。

while(true){ synchronized(Bread.class){ while(!b.flag){ try{Bread.class.wait();}catch(InterruptedException i){} } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"----消费者-------------"+consume()); try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException i){} b.flag = false; Bread.class.notify(); } }

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