[转]由生产者/消费者问题看JAVA多线程

本文转载自:http://blog.csdn.net/coutcin/article/details/1213834

生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的问题,它的描述是有一块生产者和消费者共享的有界缓冲区,生产者往缓冲区放入产品,消费者从缓冲区取走产品,这个过程可以无休止的执行,不能因缓冲区满生产者放不进产品而终止,也不能因缓冲区空消费者无产品可取而终止。

解决生产者消费者问题的方法有两种,一种是采用某种机制保持生产者和消费者之间的同步,一种是在生产者和消费者之间建立一个管道。前一种有较高的效率并且可控制性较好,比较常用,后一种由于管道缓冲区不易控制及被传输数据对象不易封装等原因,比较少用。

同步问题的核心在于,CPU是按时间片轮询的方式执行程序,我们无法知道某一个线程是否被执行、是否被抢占、是否结束等,因此生产者完全可能当缓冲区已满的时候还在放入产品,消费者也完全可能当缓冲区为空时还在取出产品。

现在同步问题的解决方法一般是采用信号或者加锁机制,即生产者线程当缓冲区已满时放弃自己的执行权,进入等待状态,并通知消费者线程执行。消费者线程当缓冲区已空时放弃自己的执行权,进入等待状态,并通知生产者线程执行。这样一来就保持了线程的同步,并避免了线程间互相等待而进入死锁状态。

JAVA语言提供了独立于平台的线程机制,保持了”write once, run anywhere”的特色。同时也提供了对同步机制的良好支持。

在JAVA中,一共有四种方法支持同步,其中三个是同步方法,一个是管道方法。

1. 方法wait()/notify()

2. 方法await()/signal()

3. 阻塞队列方法BlockingQueue

4. 管道方法PipedInputStream/PipedOutputStream

下面我们看各个方法的实现:

1. 方法wait()/notify()

wait()和notify()是根类Object的两个方法,也就意味着所有的JAVA类都会具有这个两个方法,为什么会被这样设计呢?我们可以认为所有的对象默认都具有一个锁,虽然我们看不到,也没有办法直接操作,但它是存在的。

wait()方法表示:当缓冲区已满或空时,生产者或消费者线程停止自己的执行,放弃锁,使自己处于等待状态,让另一个线程开始执行;

notify()方法表示:当生产者或消费者对缓冲区放入或取出一个产品时,向另一个线程发出可执行通知,同时放弃锁,使自己处于等待状态。

2. 方法await()/signal()

在JDK5.0以后,JAVA提供了新的更加健壮的线程处理机制,包括了同步、锁定、线程池等等,它们可以实现更小粒度上的控制。await()和signal()就是其中用来做同步的两种方法,它们的功能基本上和wait()/notify()相同,完全可以取代它们,但是它们和新引入的锁定机制Lock直接挂钩,具有更大的灵活性。

3. 阻塞队列方法BlockingQueue

BlockingQueue也是JDK5.0的一部分,它是一个已经在内部实现了同步的队列,实现方式采用的是我们的第2种await()/signal()方法。它可以在生成对象时指定容量大小。

它用于阻塞操作的是put()和take()方法。

put()方法类似于我们上面的生产者线程,容量最大时,自动阻塞。

take()方法类似于我们上面的消费者线程,容量为0时,自动阻塞。

4. 管道方法PipedInputStream/PipedOutputStream

这个类位于java.io包中,是解决同步问题的最简单的办法,一个线程将数据写入管道,另一个线程从管道读取数据,这样便构成了一种生产者/消费者的缓冲区编程模式。

下面是一个例子代码,在这个代码我没有使用Object对象,而是简单的读写字节值,这是因为PipedInputStream/PipedOutputStream不允许传输对象,这是JAVA本身的一个bug,具体的大家可以看sun的解释:http://bugs.sun.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=4131126

 

 

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