Java 通过wait和notify实现生产者消费者模式

wait 和 notify 的功能

• obj.wait()：

  • 如果当前调用 obj.wait() 的线程并没有获得该对象 obj 上的锁，则抛出异常 IllegalMonitorStateException
  • 否则，当前线程进入 Waiting Pool 状态
  • 线程调用 obj.wait() 方法后，在如下条件下，会从 Waiting Pool 状态进入 Waiting for monitor entry 状态：
    • 该对象的 notify() 方法被调用
    • 该对象的 notifyAll() 方法被调用
    • obj.wait() 可以添加参数，例如 obj.wait(1000)，表示 1000 毫秒后自动进入 Waiting for monitor entry 状态
    • 线程被中断

• obj.notify()：唤醒 一个 正在 Waiting Pool 中等待该对象的线程进入 Waiting for monitor entry 状态

  • 具体是唤醒哪一个？与优先级无关，由 JVM 决定

• obj.notifyAll()：唤醒 所有 正在 Waiting Pool 中等待该对象的线程进入 Waiting for monitor entry 状态

线程进入 Waiting for monitor entry 状态后，一旦该对象被解锁，这些线程就会去竞争。

wait 和 notify 的使用

• wait, notify, notifyAll 方法需要放在 synchronized 代码块中，因为必须先获得对象的锁！
• 由于线程可能在非正常情况下被意外唤醒，一般需要把 wait 方法放在一个循环中，例如：

synchronized(obj) {
    while(some condition) {
      try {
        obj.wait();
      } catch(...) {...}
    }
}

通过wait和notify实现生产者消费者模式

代码如下：

public class ProducerCunsumer_Test {
    private static final int MAX_CAPACITY = 10;
    private static List<Object> goods = new ArrayList<Object>();

    public static void main(String[] args) {
        (new ProducerThread()).start();

        (new ConsumerThread()).start();
    }

    static class ProducerThread extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                // 每隔 1000 毫秒生产一个商品
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                }

                synchronized (goods) {
                    // 当前商品满了，生产者等待
                    if (goods.size() == MAX_CAPACITY) {
                        try {
                            System.out.println("Goods full, waiting...");
                            goods.wait();
                        } catch (Exception e) {
                        }
                    }

                    goods.add(new Object());
                    System.out.println("Produce goods, total: " + goods.size());

                    // goods.notify() 也可以
                    goods.notifyAll();
                }
            }
        }
    }

    static class ConsumerThread extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                // 每隔 500 毫秒消费一个商品
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                }

                synchronized (goods) {
                    // 当前商品空了，消费者等待
                    if (goods.size() == 0) {
                        try {
                            System.out.println("No goods, waiting...");
                            goods.wait();
                        } catch (Exception e) {
                        }
                    }

                    goods.remove(0);
                    System.out.println("Consume goods, total: " + goods.size());

                    // goods.notify() 也可以
                    goods.notifyAll();
                }
            }
        }
    }
}

在上面的代码中，消费商品的速度（500毫秒）快于生产商品的速度（1000毫秒），依次输出如下所示：
可以看出，商品队列经常处于空的状态。

No goods, waiting...
Produce goods, total: 1
Consume goods, total: 0
No goods, waiting...
Produce goods, total: 1
Consume goods, total: 0
No goods, waiting...
Produce goods, total: 1
Consume goods, total: 0

如果修改，使得消费商品的速度（500毫秒）慢于生产商品的速度（100毫秒），依次输出如下所示：
可以看出，商品队列经常处于满的状态。

Produce goods, total: 1
Produce goods, total: 2
Produce goods, total: 3
Produce goods, total: 4
Produce goods, total: 5
Consume goods, total: 4
Produce goods, total: 5
Produce goods, total: 6
Produce goods, total: 7
Produce goods, total: 8
Consume goods, total: 7
Produce goods, total: 8
Produce goods, total: 9
Produce goods, total: 10
Goods full, waiting...
Consume goods, total: 9
Produce goods, total: 10
Goods full, waiting...
Consume goods, total: 9
Produce goods, total: 10
Goods full, waiting...
Consume goods, total: 9
Produce goods, total: 10
Goods full, waiting...