基本线程同步(四)在同步代码中使用条件

声明:本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第二章,作者: Javier Fernández González     译者:许巧辉 校对:方腾飞

在同步代码中使用条件

在并发编程中的一个经典问题是生产者与消费者问题,我们有一个数据缓冲区,一个或多个数据的生产者在缓冲区存储数据,而一个或多个数据的消费者,把数据从缓冲区取出。

由于缓冲区是一个共享的数据结构,我们必须采用同步机制,比如synchronized关键字来控制对它的访问。但是我们有更多的限制因素,如果缓冲区是满的,生产者不能存储数据,如果缓冲区是空的,消费者不能取出数据。

对于这些类型的情况,Java在Object对象中提供wait(),notify(),和notifyAll() 方法的实现。一个线程可以在synchronized代码块中调用wait()方法。如果在synchronized代码块外部调用wait()方法,JVM会抛出IllegalMonitorStateException异常。当线程调用wait()方法,JVM让这个线程睡眠,并且释放控制 synchronized代码块的对象,这样,虽然它正在执行但允许其他线程执行由该对象保护的其他synchronized代码块。为了唤醒线程,你必 须在由相同对象保护的synchronized代码块中调用notify()或notifyAll()方法。

在这个指南中,你将学习如何通过使用synchronized关键字和wait()和notify(),notifyAll()方法实现生产者消费者问题。

准备工作

这个指南的例子使用Eclipse IDE实现。如果你使用Eclipse或其他IDE,如NetBeans,打开它并创建一个新的Java项目。

如何做…

按以下步骤来实现的这个例子:

1.创建EventStorage类,包括一个名为maxSize,类型为int的属性和一个名为storage,类型为LinkedList<Date>的属性。


public class EventStorage {
private int maxSize;
private List<Date> storage;

2.实现这个类的构造器,初始化所有属性。


public EventStorage(){
maxSize=10;
storage=new LinkedList<>();
}

3. 实现synchronized方法set(),用来在storage上存储一个事件。首先,检查storage是否已满。如果满了,调用wait()方 法,直到storage有空的空间。在方法的尾部,我们调用notifyAll()方法来唤醒,所有在wait()方法上睡眠的线程。

public synchronized void set(){
while (storage.size()==maxSize){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
storage.offer(new Date());
System.out.printf("Set: %d",storage.size());
notifyAll();
}

4. 实现synchronized方法get(),用来在storage上获取一个事件。首先,检查storage是否有事件。如果没有,调用wait()方 法直到,storage有一些事件,在方法的尾部,我们调用notifyAll()方法来唤醒,所有在wait()方法上睡眠的线程。

public synchronized void get(){
while (storage.size()==0){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.printf("Get: %d: %s",storage.
size(),((LinkedList<?>)storage).poll());
notifyAll();
}

5.创建Producer类,并指定它实现Runnable接口,它将实现这个示例的生产者。

public class Producer implements Runnable {

6.声明一个EventStore对象,并实现(Producer类)构造器,初始化该对象。

private EventStorage storage;
public Producer(EventStorage storage){
this.storage=storage;
}

7.实现run()方法,该方法调用EventStorage对象的set()方法100次。

@Override
public void run() {
for (int i=0; i<100; i++){
storage.set();
}
}

8.创建Consumer类,并指定它实现Runnable接口,它将实现这个示例的消费者。

public class Consumer implements Runnable {

9.声明一个EventStore对象,并实现(Consumer类)构造器,初始化该对象。

private EventStorage storage;
public Consumer(EventStorage storage){
this.storage=storage;
}

10.实现run()方法,该方法调用EventStorage对象的get()方法100次。

@Override
public void run() {
for (int i=0; i<100; i++){
storage.get();
}
}

11.通过创建类名为Main,且包括main()方法来实现这个示例的主类。


public class Main {
public static void main(String[] args) {

12.创建一个EventStorage对象。


EventStorage storage=new EventStorage();

13.创建一个Producer对象,并且用线程运行它。


Producer producer=new Producer(storage);
Thread thread1=new Thread(producer);

14.创建一个Consumer对象,并且用线程运行它。


Consumer consumer=new Consumer(storage);
Thread thread2=new Thread(consumer);

15.启动这两个线程。


thread2.start();
thread1.start();

它是如何工作的…

EventStorage 类的set()方法和get()方法是这个示例的关键。首先,set()方法检查storage属性是否有空闲空间。如果它满了,调用wait()方法等 待有空闲的空间。当其他线程调用notifyAll()方法,这个线程将被唤醒并且再次检查这个条件。这个notifyAll()方法并不保证线程会醒 来。这个过程是重复,直到storage有空闲空间,然后它可以生成一个新的事件并存储它。

get()方法的行为是相似的。首先,它检查storage是否有事件。如果EventStorage类是空的,调用wait()方法等待事件。当其他线程调用notifyAll()方法,这个线程将被唤醒并且再次检查这个条件直到storage有一些事件。

注释:在while循环中,你必须保持检查条件和调用wait()方法。你不能继续执行,直到这个条件为true。

不止这些…

synchronize关键字还有其他重要用法,请见其他指南中解释这个关键字使用的参见部分。

参见

在第2章,基本线程同步中在同步类中安排独立属性的食谱。

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Snway

许巧辉,目前在Letv练级,平时喜欢看书,关注Java并发

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  • Comments (3)
    • test
    • 04/27. 2014 2:27pm

    你好,我想问下,为什么在生产者生产了一个产品后,notifyAll()方法没有唤醒消费者,去消费这个产品,而是在所有产品都生成后才去消费呢?

    还是唤醒了,必须执行完当前线程才会去执行呢?

    最后storage.offer(new Date());有错; 需要转换为LinkedList;

      • 每天打老虎
      • 06/09. 2014 4:31pm

      巧辉不在,我来回答下:这个东西跟concurrent 的 BlockingQueue 是一样的东西。这个使用场景不是像你说的:【生产了一个产品后,notifyAll()方法没有唤醒消费者,去消费这个产品,而是在所有产品都生成后才去消费】,而是因为:生产和消费速度是不一样的,可能因为IO或者业务链长度等等种种原因,致使生产消费速度有差异。所以需要一个临界区来缓存这些东西,而最易用且合理的容器就是list, FIFO嘛,通常道理上都是讲得过去的。也就是说:produce > consume 时queue就会越来越大越来越大(搞笑了哈)最终OOM,所以这是要避免的;produce < consume 这是最理想的,也就是 queueSize = 0. 第二个问题,应该不用回答了。因为第一个问题和你想的不一样。

    • francecil
    • 04/25. 2016 11:05pm

    这样的话 不能做到先访问的消费者先得到物品,还是得有其他消费者(线程)先去探测了才行

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