从生产者消费者模型看wait,notify
一、前言
先来贴一段生产者，消费者模型的代码：
public class Wait {
public volatile static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
System.out.println("开启10个生产者");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new Producer(), "线程:" + i).start();
}
System.out.println("开启10个消费者");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new Consumer(), "线程:" + i).start();
}
}
}
// 生产者
class Producer implements Runnable {
@Override
public void run() {
synchronized (Wait.class) {
System.out.println("生产者" + Thread.currentThread().getName() + "准备生产");
while (Wait.count >= 10) {
System.out.println("队列已满，生产者" + Thread.currentThread().getName() + "停止生产");
try {
Wait.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("生产者" + Thread.currentThread().getName() + "生产完毕");
Wait.count++;
System.out.println("生产者" + Thread.currentThread().getName() + "唤醒其他线程");
Wait.class.notifyAll();
System.out.println("当前count值" + Wait.count);
}
}
}
// 消费者
class Consumer implements Runnable {
@Override
public void run() {
synchronized (Wait.class) {
System.out.println("消费者" + Thread.currentThread().getName() + "准备消费");
while (Wait.count <= 0) {
System.out.println("队列已空，消费者" + Thread.currentThread().getName() + "停止消费");
try {
Wait.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("消费者" + Thread.currentThread().getName() + "消费完毕");
Wait.count--;
System.out.println("消费者" + Thread.currentThread().getName() + "唤醒其他线程");
Wait.class.notifyAll();
System.out.println("当前count值" + Wait.count);
}
}
}
二、为什么wait与notify只能在synchronized代码块中执行
首先我们要知道，wait 与 notify 方法是属于 Object 的，每个对象都拥有这两个方法，这与线程特有的方法不同。
synchronized 代码块使用的是对象内置的监视器锁，每个对象都拥有自己的监视器锁，而 wait，notify 方法实际上也是在锁对象上执行的。只有在 synchronized 代码块中才使用了锁对象，所以调用 wait，notify 才有意义。
了解一下前置知识：
JVM 会为每个锁对象维护两个集合，Entry Set 与 Wait Set，如果一个线程 A，持有了该锁对象，那么对于其余的线程想要获取该锁对象的话，它只能进入 Entry Set，并且此时线程处于 BLOCKED 状态；如果一个线程 A 调用了锁对象的 wait 方法，那么线程 A 会释放锁对象，之后进入锁对象的 Wait Set 中，并且处于 WAITING 状态。
当前线程调用锁对象的 wait 方法，首先会释放锁，然后进入锁对象的 Wait Set 中；当前线程调用锁对象的 notify 方法，会从锁对象的 Wait Set 中唤醒一个线程。
三、为什么生产者消费者要用 while 循环做判断
以消费者为例，在调用锁对象的 wait 方法时，使用的是 while 循环，如果将 while 循环换成 if 条件会产生什么问题？
考虑一种情况，消费者 A 在 wait 方法停住，消费者 B 消费了最后一个资源，调用 notify 唤醒了消费者 A，消费者 A 直接从 wait 方法往下走，此时资源为空，就会导致出现问题。如果使用 while 循环，那么消费者 A 被唤醒后，还是会判断一次资源情况，就不会出现问题。
四、为什么要用 notifyAll 不用 notify
还是以消费者为例，如果用的是 notify，一个消费者消费了最后一个资源，然后又唤醒了一个消费者，被唤醒的消费者以为没有资源而进入等待状态，此时所有的线程都在 wait ，也就是造成了死锁问题。
五、能不能用 Lock 实现生产者消费者
notifyAll 会造成性能问题，可以用 Lock 锁对象实现生产者消费者：
代码实例：
public class PAndC {
private volatile static int i = 0;
private static Lock lock = new ReentrantLock();
private static Condition producerSet = lock.newCondition();
private static Condition consumerSet = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
for (int j = 0; j < 5; j++) {
new Thread(() -> {
while(true){
lock.lock();
try {
if(i >= 10){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待");
producerSet.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产");
i ++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "通知其他人");
consumerSet.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
},"生产者").start();
}
for (int j = 0; j < 10; j++) {
new Thread(() -> {
while(true){
lock.lock();
try {
if(i <= 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待");
consumerSet.await();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费");
i --;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "通知其他人");
producerSet.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
},"消费者").start();
}
}
}
Lock 对象可以创建多个等待集，所以可以指定唤醒哪个等待集中的线程，不会出现唤醒相同类型线程导致的问题。
其中，Lock 对象相当于监视器锁，condition 集相当于 Wait Set，await 方法相当于 wait 方法，signal 方法相当于 notify 方法。
六、总结
- wait notify 是属于锁对象的方法，操作的是锁对象维护的集合，集合中存放的是线程；
- 永远要在 while 循环中调用 wait 方法；
- 使用 Lock 对象能获得更好的操作；
