生產者消費者問題是研究多線程程序時繞不開的問題,它的描述是有一塊生產者和消費者共享的有界緩沖區(qū),生產者往緩沖區(qū)放入產品,消費者從緩沖區(qū)取走產品,這個過程可以無休止的執(zhí)行,不能因緩沖區(qū)滿生產者放不進產品而終止,也不能因緩沖區(qū)空消費者無產品可取而終止。
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解決生產者消費者問題的方法有兩種,一種是采用某種機制保持生產者和消費者之間的同步,一種是在生產者和消費者之間建立一個管道。前一種有較高的效率并且可控制性較好,比較常用,后一種由于管道緩沖區(qū)不易控制及被傳輸數(shù)據(jù)對象不易封裝等原因,比較少用。
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同步問題的核心在于,CPU是按時間片輪詢的方式執(zhí)行程序,我們無法知道某一個線程是否被執(zhí)行、是否被搶占、是否結束等,因此生產者完全可能當緩沖區(qū)已滿的時候還在放入產品,消費者也完全可能當緩沖區(qū)為空時還在取出產品。
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現(xiàn)在同步問題的解決方法一般是采用信號或者加鎖機制,即生產者線程當緩沖區(qū)已滿時放棄自己的執(zhí)行權,進入等待狀態(tài),并通知消費者線程執(zhí)行。消費者線程當緩沖區(qū)已空時放棄自己的執(zhí)行權,進入等待狀態(tài),并通知生產者線程執(zhí)行。這樣一來就保持了線程的同步,并避免了線程間互相等待而進入死鎖狀態(tài)。
?????? JAVA
語言提供了獨立于平臺的線程機制,保持了”write once, run anywhere”的特色。同時也提供了對同步機制的良好支持。
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在JAVA中,一共有四種方法支持同步,其中三個是同步方法,一個是管道方法。
1.
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方法
wait()/notify
()
2.
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方法
await()/signal()
3.
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阻塞隊列方法
BlockingQueue
4.
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管道方法
PipedInputStream/PipedOutputStream
下面我們看各個方法的實現(xiàn):
1.
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方法
wait()/notify()
wait()和notify()是根類Object的兩個方法,也就意味著所有的JAVA類都會具有這個兩個方法,為什么會被這樣設計呢?我們可以認為所有的對象默認都具有一個鎖,雖然我們看不到,也沒有辦法直接操作,但它是存在的。
wait()方法表示:當緩沖區(qū)已滿或空時,生產者或消費者線程停止自己的執(zhí)行,放棄鎖,使自己處于等待狀態(tài),讓另一個線程開始執(zhí)行;
notify()方法表示:當生產者或消費者對緩沖區(qū)放入或取出一個產品時,向另一個線程發(fā)出可執(zhí)行通知,同時放棄鎖,使自己處于等待狀態(tài)。
下面是一個例子代碼:






























































2.
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方法
await()/signal()
在JDK5.0以后,JAVA提供了新的更加健壯的線程處理機制,包括了同步、鎖定、線程池等等,它們可以實現(xiàn)更小粒度上的控制。await()和signal()就是其中用來做同步的兩種方法,它們的功能基本上和wait()/notify()相同,完全可以取代它們,但是它們和新引入的鎖定機制Lock直接掛鉤,具有更大的靈活性。
下面是一個例子代碼:





































































3.
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阻塞隊列方法
BlockingQueue
BlockingQueue也是JDK5.0的一部分,它是一個已經在內部實現(xiàn)了同步的隊列,實現(xiàn)方式采用的是我們的第2種await()/signal()方法。它可以在生成對象時指定容量大小。
它用于阻塞操作的是put()和take()方法。
put()方法類似于我們上面的生產者線程,容量最大時,自動阻塞。
take()方法類似于我們上面的消費者線程,容量為0時,自動阻塞。
下面是一個例子代碼:























































你發(fā)現(xiàn)這個例子中的問題了嗎?
如果沒有,我建議你運行一下這段代碼,仔細觀察它的輸出,是不是有下面這個樣子的?為什么會這樣呢?
…
warning: it's full!
Producer: java.lang.object@4526e2a
…
你可能會說這是因為put()和System.out.println()之間沒有同步造成的,我也這樣認為,我也這樣認為,但是你把run()中的synchronized前面的注釋去掉,重新編譯運行,有改觀嗎?沒有。為什么?
這是因為,當緩沖區(qū)已滿,生產者在put()操作時,put()內部調用了await()方法,放棄了線程的執(zhí)行,然后消費者線程執(zhí)行,調用take()方法,take()內部調用了signal()方法,通知生產者線程可以執(zhí)行,致使在消費者的println()還沒運行的情況下生產者的println()先被執(zhí)行,所以有了上面的輸出。run()中的synchronized其實并沒有起什么作用。
對于BlockingQueue大家可以放心使用,這可不是它的問題,只是在它和別的對象之間的同步有問題。
對于這種多重嵌套同步的問題,以后再談吧,歡迎大家討論?。?
4.
???????
管道方法
PipedInputStream/PipedOutputStream
這個類位于java.io包中,是解決同步問題的最簡單的辦法,一個線程將數(shù)據(jù)寫入管道,另一個線程從管道讀取數(shù)據(jù),這樣便構成了一種生產者/消費者的緩沖區(qū)編程模式。
下面是一個例子代碼,在這個代碼我沒有使用Object對象,而是簡單的讀寫字節(jié)值,這是因為PipedInputStream/PipedOutputStream不允許傳輸對象,這是JAVA本身的一個bug,具體的大家可以看sun的解釋:
http://bugs.sun.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=4131126























































































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