生产者与消费者问题

问题概述

生产者消费者问题（Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

解决方案

要解决该问题，就必须让生产者在缓冲区满时休眠（要么干脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，生产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让消费者在缓冲区空时进入休眠，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。

代码实现

synchronized版

package com.kuang.pc;
/**
* 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！ 等待唤醒，通知唤醒
* 线程交替执行 A B 操作同一个变量 num = 0
* A num+1
* B num-1
*/
public class A {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"B").start();
}
}
// 判断等待，业务，通知
class Data{ // 数字 资源类
private int number = 0;
//+1
public synchronized void increment() throws InterruptedException {
if (number!=0){ //0
// 等待
this.wait();
}
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
// 通知其他线程，我+1完毕了
this.notifyAll();
}
//-1
public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
if (number==0){ // 1
// 等待
this.wait();
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
// 通知其他线程，我-1完毕了
this.notifyAll();
}
}

问题存在，A B C D 4 个线程！虚假唤醒

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UuBWmLMN-1663642982236)(C:\Users\18358\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220920104740870.png)]

解决问题：if 改为 while 判断，if每次只能判断一次，等待之后就不能判断了，唤醒线程之后，就多会跳过判断语句直接执行下面的代码，使用while后每次，线程被唤醒后，都会在进行判断，就避免了数据被污染

package com.kuang.pc;
/**
* 线程之间的通信问题：生产者和消费者问题！ 等待唤醒，通知唤醒
* 线程交替执行 A B 操作同一个变量 num = 0
* A num+1
* B num-1
*/
public class A {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"B").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"C").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"D").start();
}
}
// 判断等待，业务，通知
class Data{ // 数字 资源类
private int number = 0;
//+1
public synchronized void increment() throws InterruptedException {
while (number!=0){ //0
// 等待
this.wait();
}
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
// 通知其他线程，我+1完毕了
this.notifyAll();
}
//-1
public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
while (number==0){ // 1
// 等待
this.wait();
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
// 通知其他线程，我-1完毕了
this.notifyAll();
}
}

JUC版（Lock），就使用封装的类来代替原始的synchronized锁

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IBGm0OvP-1663642982237)(C:\Users\18358\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220920105208893.png)]

package com.kuang.pc;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class B {
public static void main(String[] args) {
Data2 data = new Data2();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"B").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.increment();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"C").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
data.decrement();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"D").start();
}
}
// 判断等待，业务，通知
class Data2{ // 数字 资源类
private int number = 0;
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
//condition.await(); // 等待
//condition.signalAll(); // 唤醒全部
//+1
public void increment() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
// 业务代码
while (number!=0){ //0
// 等待
condition.await();
}
number++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
// 通知其他线程，我+1完毕了
condition.signalAll();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
//-1
public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (number==0){ // 1
// 等待
condition.await();
}
number--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>"+number);
// 通知其他线程，我-1完毕了
condition.signalAll();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}

补充：Condition 精准的通知和唤醒线程（有 A、B、C、D 四个线程，我们要做到 A线程执行完成之后唤醒 B线程，B线程执行完成后唤醒 C线程，C线程执行完之后唤醒 D线程，D线程执行完成之后再唤醒 A线程）

package com.kuang.pc;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* A 执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用A
*/
public class C {
public static void main(String[] args) {
Data3 data = new Data3();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
data.printA();
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
data.printB();
}
},"B").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
data.printC();
}
},"C").start();
}
}
class Data3{ // 资源类 Lock
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition1 = lock.newCondition();
private Condition condition2 = lock.newCondition();
private Condition condition3 = lock.newCondition();
private int number = 1; // 1A 2B 3C
public void printA(){
lock.lock();
try {
// 业务，判断-> 执行-> 通知
while (number!=1){
// 等待
condition1.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>AAAAAAA");
// 唤醒，唤醒指定的人，B
number = 2;
condition2.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void printB(){
lock.lock();
try {
// 业务，判断-> 执行-> 通知
while (number!=2){
condition2.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBBBBBB");
// 唤醒，唤醒指定的人，c
number = 3;
condition3.signal();
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
data.printA();
}
},"A").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
data.printB();
}
},"B").start();
new Thread(()->{
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
data.printC();
}
},"C").start();
}
}
class Data3{ // 资源类 Lock
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition1 = lock.newCondition();
private Condition condition2 = lock.newCondition();
private Condition condition3 = lock.newCondition();
private int number = 1; // 1A 2B 3C
public void printA(){
lock.lock();
try {
// 业务，判断-> 执行-> 通知
while (number!=1){
// 等待
condition1.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>AAAAAAA");
// 唤醒，唤醒指定的人，B
number = 2;
condition2.signal();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void printB(){
lock.lock();
try {
// 业务，判断-> 执行-> 通知
while (number!=2){
condition2.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=>BBBBBBBBB");
// 唤醒，唤醒指定的人，c
number = 3;
condition3.signal();