Java多線程詳解——生產者和消費者

這篇文章根據生產者和消費者的模型來介紹一下Java多線程的一些知識。

我們這裡的生產者和消費者模型為：

生產者Producer 生產某個對象（共享資源），放在緩衝池中，然後消費者從緩衝池中取出這個對象。也就是生產者生產一個，消費者取出一個。這樣進行循環。

第一步：我們先創建共享資源的類 Person,它有兩個方法，一個生產對象，一個消費對象

第二步：創建生產者線程，並在 run() 方法中生產50個對象

第三步：創建消費者線程，並在 run() 方法中消費50個對象

由於我們的模型是生產一個，馬上消費一個，那期望的結果便是 Tom---11,Marry--21,Tom---11,Mary---21...... 連續這樣交替出現50次

但是結果卻是：

為了讓結果產生的更加明顯，我們在共享資源的 pop() 和 push() 方法中添加一段延時代碼

這個時候，結果如下：

結果分析：這時候我們發現結果全亂套了，Marry--21是固定的，Tom--11是固定的，但是上面的結果全部亂了，那這又是為什麼呢？而且有很多重複的數據連續出現，那這又是為什麼呢？

原因1：出現錯亂數據，是因為先生產出Tom--21,但是消費者沒有消費，然後生產者繼續生產出name為Marry，而消費者這個時候拿去消費了，那麼便出現 Marry--11。同理也會出現 Tom--21

原因2：出現重複數據，是因為生產者生產一份數據了，消費者拿去消費了，但是第二次生產者生產數據了，但是消費者沒有去消費；而第三次生產者繼續生產數據，消費者才開始消費，這便會產生重複

解決辦法1：生產者生產name和age必須要是一個整體一起完成，即同步。生產的中間不能讓消費者來消費即可。便不會產生錯亂的數據。

這裡我們選擇同步方法（在方法前面加上 synchronized）

結果如下：

問題：還是沒有解決上面的問題2，出現重複的問題。期望的結果是 Tom---11,Marry--21,Tom---11,Mary---21...... 連續這樣交替出現50次。那如何解決呢？

解決辦法：生產者生產一次數據了，就暫停生產者線程，等待消費者消費；消費者消費完了，消費者線程暫停，等待生產者生產數據，這樣來進行。

這裡我們介紹一個同步鎖池的概念：

同步鎖池：同步鎖必須選擇多個線程共同的資源對象，而一個線程獲得鎖的時候，別的線程都在同步鎖池等待獲取鎖；當那個線程釋放同步鎖了，其他線程便開始由CPU調度分配鎖

關於讓線程等待和喚醒線程的方法，如下：（這是 Object 類中的方法）

wait():執行該方法的線程對象，釋放同步鎖，JVM會把該線程放到等待池中，等待其他線程喚醒該線程

notify():執行該方法的線程喚醒在等待池中等待的任意一個線程，把線程轉到鎖池中等待（注意鎖池和等待池的區別）

notifyAll():執行該方法的線程喚醒在等待池中等待的所有線程，把線程轉到鎖池中等待。

注意：上述方法只能被同步監聽鎖對象來調用，這也是為啥wait() 和 notify()方法都在 Object 對象中，因為同步監聽鎖可以是任意對象，只不過必須是需要同步線程的共同對象即可，否則別的對象調用會報錯：　　　　　　　　java.lang.IllegalMonitorStateException

假設 A 線程和 B 線程同時操作一個 X 對象，A，B 線程可以通過 X 對象的 wait() 和 notify() 方法來進行通信，流程如下：

①、當線程 A 執行 X 對象的同步方法時，A 線程持有 X 對象的 鎖，B線程在 X 對象的鎖池中等待

②、A線程在同步方法中執行 X.wait() 方法時，A線程釋放 X 對象的鎖，進入 X 對象的等待池中

③、在 X 對象的鎖池中等待鎖的 B 線程獲得 X 對象的鎖，執行 X 的另一個同步方法

④、B 線程在同步方法中執行 X.notify() 方法，JVM 把 A 線程從等待池中移動到 X 對象的鎖池中，等待獲取鎖

⑤、B 線程執行完同步方法，釋放鎖，等待獲取鎖的 A 線程獲得鎖，繼續執行同步方法

那麼為了解決上面重複的問題，修改代碼如下：

結果：

那麼這便是我們期待的結果，交替出現。

死鎖:

①、多線程通信的時候，很容易造成死鎖，死鎖無法解決，只能避免

②、當 A 線程等待由 B 線程持有的鎖，而 B 線程正在等待由 A 線程持有的鎖時發生死鎖現象（比如A拿著鉛筆，B拿著圓珠筆，A說你先給我圓珠筆，我就把鉛筆給你，而B說你先給我鉛筆，我就把圓珠筆給你，這就造成了死鎖，A和B永遠不能進行交換）

③、JVM 既不檢測也不避免這種現象，所以程序員必須保證不能出現這樣的情況

Thread 類中容易造成死鎖的方法（這兩個方法都已經過時了，不建議使用）：

suspend():使正在運行的線程放棄 CPU，暫停運行（不釋放鎖）

resume():使暫停的線程恢復運行

情景：A 線程獲得對象鎖，正在執行一個同步方法，如果 B線程調用 A 線程的 suspend() 方法，此時A 暫停運行，放棄 CPU 資源，但是不放棄同步鎖，那麼B也不能獲得鎖，A又暫停，那麼便造成死鎖。

解決死鎖法則：當多個線程需要訪問 共同的資源A,B，C時，必須保證每一個線程按照一定的順序去訪問，比如都先訪問A，然後B，最後C。就像我們這裡的生產者---消費者模型，制定了必須生產者先生產一個對象，然後消費者去消費，消費完畢，生產者才能在開始生產，然後消費者在消費。這樣的順序便不會造成死鎖。

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