Java 多线程编程(生产者和消费者问题以及死锁)

已发布:02/28/2014   最后更新时间:02/28/2014

Java线程: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。
 
/** 
* Java线程:并发协作-生产者消费者模型 

* @author leizhimin 2009-11-4 14:54:36 
*/
 
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(); 
        } 


/** 
* 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 + "超过剩余库存量" + (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) { 
                        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); 
        } 
}
 
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50个产品,现仓储量为0 
已经生产了80个产品,现仓储量为80 
已经消费了30个产品,现仓储量为50 
已经生产了10个产品,现仓储量为60 
已经消费了20个产品,现仓储量为40 
已经生产了10个产品,现仓储量为50 
已经生产了10个产品,现仓储量为60 
已经生产了10个产品,现仓储量为70 

Process finished with exit code 0
 
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。
 
我喜欢简单的例子。
Java线程: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。
 
在《Java线程:线程的同步与锁》一文中,简述死锁的概念与简单例子,但是所给的例子是不完整的,这里给出一个完整的例子。
 
/** 
* Java线程:并发协作-死锁 

* @author Administrator 2009-11-4 22:06:13 
*/
 
public class Test { 
        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(); 
        } 



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; 
                        } 
                } 
        } 
}

产品和性能信息

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英特尔的编译器针对非英特尔微处理器的优化程度可能与英特尔微处理器相同(或不同)。这些优化包括 SSE2、SSE3 和 SSSE3 指令集和其他优化。对于在非英特尔制造的微处理器上进行的优化,英特尔不对相应的可用性、功能或有效性提供担保。该产品中依赖于微处理器的优化仅适用于英特尔微处理器。某些非特定于英特尔微架构的优化保留用于英特尔微处理器。关于此通知涵盖的特定指令集的更多信息,请参阅适用产品的用户指南和参考指南。

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