java 多线程<八> 并发协作 生产者消费者模型&&死锁

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。

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/**
 * 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 + "超过剩余仓库空间"
					+ (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) {
			System.out.println("欲消费量"+neednum+" 超过库存量"+curnum+"，不可进行消费");
			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);
	}
}
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();
	}
}

Result:
欲消费量50 超过库存量30，不可进行消费
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30个产品，现仓储量为20
已经生产了10个产品，现仓储量为30
已经消费了20个产品，现仓储量为10
已经生产了10个产品，现仓储量为20
已经生产了10个产品，现仓储量为30
欲消费量50 超过库存量30，不可进行消费
已经生产了10个产品，现仓储量为40
欲消费量50 超过库存量40，不可进行消费
要生产的产品数量80超过剩余仓库空间60，暂时不能执行生产任务!

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。

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。

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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;
			}
		}
	}
}

public class Test2 {
	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();
	}

}

Result:
read():Thread-0获取了resourceA的锁！
read():Thread-0获取了resourceB的锁！
write():Thread-0获取了resourceA的锁！
read():Thread-3获取了resourceA的锁！