JUC多线程编程之生产者与消费者问题（Synchronized和JUC版）

生产者与消费者问题

在面试中，生产者与消费者是高频问题之一

1.生产者和消费者问题 Synchronized 版

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 {
        /*
        假设 number此时等于1，即已经被生产了产品
        如果这里用的是if判断，如果此时A,C两个生产者线程争夺increment()方法执行权
        假设A拿到执行权，经过判断number!=0成立，则A.wait()开始等待（wait()会释放锁），然后C试图去执行
        生产方法，但依然判断number!=0成立，则B.wait()开始等待（wait()会释放锁）
        碰巧这时候消费者线程线程B/D去消费了一个产品，使number=0然后，B/D消费完后调用this.notifyAll();
        这时候2个等待中的生产者线程继续生产产品，而此时number++ 执行了2次
        同理，重复上述过程，生产者线程继续wait()等待，消费者调用this.notifyAll();
        然后生产者继续超前生产，最终导致‘产能过剩’，即number大于1
        if(number != 0){
            // 等待
            this.wait();
        }*/
        while (number != 0) {
     // 注意这里不可以用if 否则会出现虚假唤醒问题，解决方法将if换成while
            // 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) {
            // 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();
    }
}

这里消费者只有两个，但当消费者数量>2时，就会出现问题
当资源类中方法中判断为if时，执行结果：很明显出现问题了

当把if改为while时，又没有什么问题了，这是为什么呢？

这种现象叫作 虚假唤醒，首先来看看官方文档

接下来我们来看看juc版的生产者与消费者问题

JUC版的生产者和消费者问题

代码例子实现：

package sx;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @program: juc
 * @description
 * @author: 不会编程的派大星
 * @create: 2021-04-21 11:03
 **/
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) {
                // 等待
                condition.await();
            }
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + number);
            // 通知其他线程，我+1完毕了
            condition.signal();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //-1
    public  void decrement() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (number == 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.signal();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

运行结果：

有小伙伴可能会有这个疑问，那既然都可以用，那这个juc的版本又有什么用呢？

任何一个新的技术，绝对不是仅仅只是覆盖了原来的技术，是有其对旧技术的优势和补充！

Condition 精准的通知和唤醒线程
问题：ABCD线程 抢占执行的顺序是随机的，如果想让ABCD线程有序执行，该如何改进代码？

期望实现的效果： A 执行完调用B，B执行完调用C，C执行完调用A

代码：

package sx;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @program: juc
 * @description
 * @author: 不会编程的派大星
 * @create: 2021-04-21 11:09
 **/
/*
 * 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;
    // number=1 A执行  number=2 B执行 number=3 C执行
    public void printA() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务，判断-> 执行-> 通知
            while (number != 1) {
                // A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) {
                // B等待
                condition2.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>BBBBBBBBB");
            // 唤醒，唤醒指定的人，c
            number = 3;
            condition3.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void printC() {
        lock.lock();
        try {
            // 业务，判断-> 执行-> 通知
            // 业务，判断-> 执行-> 通知
            while (number != 3) {
                // C等待
                condition3.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>CCCCC ");
            // 唤醒，唤醒指定的人，A
            number = 1;
            condition1.signal();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

运行结果：abc有序执行，达到我们期望的效果

生产者和消费者问题就讲到这里了
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