面試官：小伙子钻趋，你給我簡單說一下生產(chǎn)者與消費者模型吧

前言

生產(chǎn)者-消費者模式是一個經(jīng)典的多線程設(shè)計模式。
在生產(chǎn)者-消費者模式中剂习，通常有兩類線程蛮位，即若干個生產(chǎn)者和消費者線程。

  • 生產(chǎn)者線程負(fù)責(zé)提交用戶請求
  • 消費者線程負(fù)責(zé)處理生產(chǎn)者提交的任務(wù)鳞绕。
  • 內(nèi)存緩沖區(qū) 緩存生產(chǎn)者提交的任務(wù)或數(shù)據(jù)失仁，供消費者使用。

開發(fā)需要解決的問題：

  1. 生產(chǎn)者線程與消費者線程對內(nèi)存緩沖區(qū)的操作的線程安全問題们何。
  2. 虛假喚醒萄焦。

測試：

/**
 * 生產(chǎn)者與消費者案例。
 * @author 
 */
public class TestProductorAndConsumer {

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建職員
        Clerk clerk = new Clerk();

        //創(chuàng)建生產(chǎn)者與消費者線程
        Productor productor = new Productor(clerk);
        Consumer consumer = new Consumer(clerk);

        new Thread(productor, "生產(chǎn)者1").start();
        new Thread(consumer, "消費者1").start();
        new Thread(productor, "生產(chǎn)者2").start();
        new Thread(consumer, "消費者2").start();
    }
}

// Clerk職員
class Clerk {
    private int product = 0;    //產(chǎn)品數(shù)量
    private int capacity = 4;   // 容量
    // 進貨

    public synchronized void get() {

        if (product >= capacity) {
            System.out.println("產(chǎn)品已滿冤竹！");

            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } else {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + ++product);
            this.notifyAll();
        }
    }

    // 賣貨
    public synchronized void sale() {
        if (product <= 0) {
            System.out.println("缺貨拂封！");

            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } else {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + --product);
            this.notifyAll();
        }
    }
}

// 生產(chǎn)者
class Productor implements Runnable {
    private Clerk clerk;

    public Productor(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            clerk.get();
        }
    }
}

// 消費者
class Consumer implements Runnable {
    private Clerk clerk;

    public Consumer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            clerk.sale();
        }
    }
}

這就是一個簡單的生產(chǎn)者與消費者模型。
我們在Clerk類中給get()方法和sale()方法加了synchronized修飾符鹦蠕，來保證線程同步冒签。

但是運行后發(fā)現(xiàn)程序并沒有運行結(jié)束，分析發(fā)現(xiàn)钟病，我們的生產(chǎn)者線程最后沒有被喚醒萧恕，導(dǎo)致程序沒有結(jié)束刚梭。

對程序做一下修改：

/**
 * 對Clerk類的get()與sale()方法做一點修改
 */
public synchronized void get() {
        if (product >= capacity) {
            System.out.println("產(chǎn)品已滿！");

            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + ++product);
        this.notifyAll();

    }

    // 賣貨
    public synchronized void sale() {
        if (product <= 0) {
            System.out.println("缺貨票唆！");
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + --product);
        this.notifyAll();
    }

把notifyAll() 方法提到了else外面朴读，保證每個線程結(jié)束都能調(diào)用notifyAll()方法，運行一下惰说，發(fā)現(xiàn)程序確實能結(jié)束磨德，但是程序 product 變成了負(fù)數(shù)。這是由于調(diào)用notifyAll()喚醒了消費者模型吆视，執(zhí)行–product導(dǎo)致典挑。

我們來看一下wait()這個方法：


這就是我們要解決的虛假喚醒問題！＠舶伞您觉！。
文檔提醒我們使用循環(huán)授滓。再對程序做一點修改

    // 進貨
    public synchronized void get() {

        // 使用while防止虛假喚醒
        while(product >= capacity) {
            System.out.println("產(chǎn)品已滿！");

            try {
                // 在一個參數(shù)版本中般堆，中斷和虛假的喚醒是可能的在孝，這個方法應(yīng)該總是在循環(huán)中使用:
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 除非product<capacity,否則不執(zhí)行++product操作
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + ++product);
        this.notifyAll();

    }

    // 賣貨
    public synchronized void sale() {
        while (product <= 0) {
            System.out.println("缺貨！");

            try {
                // 在一個參數(shù)版本中淮摔，中斷和虛假的喚醒是可能的私沮，這個方法應(yīng)該總是在循環(huán)中使用:
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 除非product>capacity,否則不執(zhí)行--product操作
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + --product);
        this.notifyAll();
    }

將 if 改為 while 循環(huán)后，
生產(chǎn)者線程被喚醒后進行判斷：如果product >= capacity和橙，則繼續(xù)調(diào)用wait()等待仔燕，直到再次被喚醒。如果product < capacity, 則執(zhí)行++product魔招。
同理消費者線程被喚醒后也會進行判斷晰搀，不滿足條件會繼續(xù)等待，直到再次被喚醒办斑。滿足條件后處理任務(wù)外恕。

至此，我們的生產(chǎn)者-消費者模型就圓滿完成了乡翅。

我們再對程序做一點修改鳞疲，不使用synchronized來修飾方法，而是采用可重入鎖ReentrantLock來手動加鎖與釋放鎖峦朗。此時我們也就不能再使用wait()和notifyAll()方法了,因為這兩個方法synchronized關(guān)鍵字合作使用建丧。
此處我們需要使用Condition條件。

直接看代碼:

// 進貨
    public void get() {
        lock.lock();
        try {
            // 使用while防止虛假喚醒
            while(product >= capacity) {
                System.out.println("產(chǎn)品已滿波势！");
                try {
                    // 在一個參數(shù)版本中翎朱，中斷和虛假的喚醒是可能的橄维，這個方法應(yīng)該總是在循環(huán)中使用:
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            // 除非product<capacity,否則不執(zhí)行++product操作
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + ++product);
            condition.signalAll();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    // 賣貨
    public void sale() {
        lock.lock();
        try {
            while (product <= 0) {
                System.out.println("缺貨！");

                try {
                    // 在一個參數(shù)版本中拴曲，中斷和虛假的喚醒是可能的争舞，這個方法應(yīng)該總是在循環(huán)中使用:
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            // 除非product>capacity,否則不執(zhí)行--product操作
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + --product);

            condition.signalAll();
        }finally {
            lock.unlock();
        }

    }

我們定義了一個可重入鎖 ReentrantLock lock, 通過lock.lock()來加鎖，通過lock.unlock()來釋放鎖澈灼，讓加鎖范圍更加靈活竞川。

這里提一下Condition接口提供的方法：

  • await()：方法會使當(dāng)前線程等待，同時釋放當(dāng)前鎖叁熔。當(dāng)其他線程使用signal()或signalAll()方法時委乌，線程會重新獲得鎖并繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)線程被中斷時荣回，也能跳出等待遭贸。
  • await(long time,TimeUnit unit)：方法會使線程等待，直到其他方法調(diào)用aignal()或者signalAll() 或者被中斷心软，或者等待超過設(shè)置的時間
  • awaitUninterruptibly()：方法與await()基本相同析桥，但它并不會在等待的時候響應(yīng)中斷蔫慧。
  • signal()：喚醒一個等待的線程。如果有線程正在等待此條件竭沫，則選擇一個線程進行喚醒爬泥。然后唱矛，該線程必須在從await返回之前重新獲取鎖误证。
  • signalAll():喚醒所有等待的線程会放。如果有線程在這種情況下等待，那么它們將被喚醒胖秒。每個線程必須重新獲取鎖缎患，然后才能從await返回慕的。

最后

感謝你看到這里阎肝，文章有什么不足還請指正，覺得文章對你有幫助的話記得給我點個贊肮街，每天都會分享java相關(guān)技術(shù)文章或行業(yè)資訊风题，歡迎大家關(guān)注和轉(zhuǎn)發(fā)文章！

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