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让读书成为一种习惯
文章链接:http://blog.csdn.net/bnuchampion/article/details/2025591
http://eric-619.iteye.com/blog/693681
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。
下面是一个例子代码:
import java.util.LinkedList;
public class Sycn1{
private LinkedList<Object> myList =new LinkedList<Object>();
private int MAX = 10;
public Sycn1(){
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn1 s1 = new Sycn1();
s1.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run(){
while(true){
synchronized(myList){
try{
while(myList.size() == MAX){
System.out.println("warning: it's full!");
myList.wait();
}
Object o = new Object();
if(myList.add(o)){
System.out.println("Producer: " + o);
myList.notify();
}
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("producer is interrupted!");
}
}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
while(true){
synchronized(myList){
try{
while(myList.size() == 0){
System.out.println("warning: it's empty!");
myList.wait();
}
Object o = myList.removeLast();
System.out.println("Consumer: " + o);
myList.notify();
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("consumer is interrupted!");
}
}
}
}
}
}
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。
下面是一个例子代码:
import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.locks.*;
public class Sycn2{
private LinkedList<Object> myList = new LinkedList<Object>();
private int MAX = 10;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition full = lock.newCondition();
private final Condition empty = lock.newCondition();
public Sycn2(){
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn2 s2 = new Sycn2();
s2.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run(){
while(true){
lock.lock();
try{
while(myList.size() == MAX){
System.out.println("warning: it's full!");
full.await();
}
Object o = new Object();
if(myList.add(o)){
System.out.println("Producer: " + o);
empty.signal();
}
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("producer is interrupted!");
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
while(true){
lock.lock();
try{
while(myList.size() == 0){
System.out.println("warning: it's empty!");
empty.await();
}
Object o = myList.removeLast();
System.out.println("Consumer: " + o);
full.signal();
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("consumer is interrupted!");
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
}
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。
下面是一个例子代码:
import java.util.concurrent.*;
public class Sycn3{
private LinkedBlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<Object>(10);
private int MAX = 10;
public Sycn3(){
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn3 s3 = new Sycn3();
s3.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run(){
while(true){
//synchronized(this){
try{
if(queue.size() == MAX)
System.out.println("warning: it's full!");
Object o = new Object();
queue.put(o);
System.out.println("Producer: " + o);
}catch(InterruptedException e){
System.out.println("producer is interrupted!");
}
//}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
while(true){
//synchronized(this){
try{
if(queue.size() == 0)
System.out.println("warning: it's empty!");
Object o = queue.take();
System.out.println("Consumer: " + o);
}catch(InterruptedException e){
System.out.println("producer is interrupted!");
}
//}
}
}
}
}
你发现这个例子中的问题了吗?
如果没有,我建议你运行一下这段代码,仔细观察它的输出,是不是有下面这个样子的?为什么会这样呢?
…
warning: it's full!
Producer: java.lang.object@4526e2a
…
你可能会说这是因为put()和System.out.println()之间没有同步造成的,我也这样认为,我也这样认为,但是你把run()中的synchronized前面的注释去掉,重新编译运行,有改观吗?没有。为什么?
这是因为,当缓冲区已满,生产者在put()操作时,put()内部调用了await()方法,放弃了线程的执行,然后消费者线程执行,调用take()方法,take()内部调用了signal()方法,通知生产者线程可以执行,致使在消费者的println()还没运行的情况下生产者的println()先被执行,所以有了上面的输出。run()中的synchronized其实并没有起什么作用。
对于BlockingQueue大家可以放心使用,这可不是它的问题,只是在它和别的对象之间的同步有问题。
对于这种多重嵌套同步的问题,以后再谈吧,欢迎大家讨论啊!
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
import java.io.*;
public class Sycn4{
private PipedOutputStream pos;
private PipedInputStream pis;
//private ObjectOutputStream oos;
//private ObjectInputStream ois;
public Sycn4(){
try{
pos = new PipedOutputStream();
pis = new PipedInputStream(pos);
//oos = new ObjectOutputStream(pos);
//ois = new ObjectInputStream(pis);
}catch(IOException e){
System.out.println(e);
}
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn4 s4 = new Sycn4();
s4.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run() {
try{
while(true){
int b = (int) (Math.random() * 255);
System.out.println("Producer: a byte, the value is " + b);
pos.write(b);
pos.flush();
//Object o = new MyObject();
//oos.writeObject(o);
//oos.flush();
//System.out.println("Producer: " + o);
}
}catch(Exception e){
//System.out.println(e);
e.printStackTrace();
}finally{
try{
pos.close();
pis.close();
//oos.close();
//ois.close();
}catch(IOException e){
System.out.println(e);
}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
try{
while(true){
int b = pis.read();
System.out.println("Consumer: a byte, the value is " + String.valueOf(b));
//Object o = ois.readObject();
//if(o != null)
//System.out.println("Consumer: " + o);
}
}catch(Exception e){
//System.out.println(e);
e.printStackTrace();
}finally{
try{
pos.close();
pis.close();
//oos.close();
//ois.close();
}catch(IOException e){
System.out.println(e);
}
}
}
}
//class MyObject implements Serializable {
//}
}
http://eric-619.iteye.com/blog/693681
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。
下面是一个例子代码:
import java.util.LinkedList;
public class Sycn1{
private LinkedList<Object> myList =new LinkedList<Object>();
private int MAX = 10;
public Sycn1(){
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn1 s1 = new Sycn1();
s1.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run(){
while(true){
synchronized(myList){
try{
while(myList.size() == MAX){
System.out.println("warning: it's full!");
myList.wait();
}
Object o = new Object();
if(myList.add(o)){
System.out.println("Producer: " + o);
myList.notify();
}
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("producer is interrupted!");
}
}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
while(true){
synchronized(myList){
try{
while(myList.size() == 0){
System.out.println("warning: it's empty!");
myList.wait();
}
Object o = myList.removeLast();
System.out.println("Consumer: " + o);
myList.notify();
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("consumer is interrupted!");
}
}
}
}
}
}
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。
下面是一个例子代码:
import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.locks.*;
public class Sycn2{
private LinkedList<Object> myList = new LinkedList<Object>();
private int MAX = 10;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition full = lock.newCondition();
private final Condition empty = lock.newCondition();
public Sycn2(){
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn2 s2 = new Sycn2();
s2.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run(){
while(true){
lock.lock();
try{
while(myList.size() == MAX){
System.out.println("warning: it's full!");
full.await();
}
Object o = new Object();
if(myList.add(o)){
System.out.println("Producer: " + o);
empty.signal();
}
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("producer is interrupted!");
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
while(true){
lock.lock();
try{
while(myList.size() == 0){
System.out.println("warning: it's empty!");
empty.await();
}
Object o = myList.removeLast();
System.out.println("Consumer: " + o);
full.signal();
}catch(InterruptedException ie){
System.out.println("consumer is interrupted!");
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
}
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。
下面是一个例子代码:
import java.util.concurrent.*;
public class Sycn3{
private LinkedBlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<Object>(10);
private int MAX = 10;
public Sycn3(){
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn3 s3 = new Sycn3();
s3.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run(){
while(true){
//synchronized(this){
try{
if(queue.size() == MAX)
System.out.println("warning: it's full!");
Object o = new Object();
queue.put(o);
System.out.println("Producer: " + o);
}catch(InterruptedException e){
System.out.println("producer is interrupted!");
}
//}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
while(true){
//synchronized(this){
try{
if(queue.size() == 0)
System.out.println("warning: it's empty!");
Object o = queue.take();
System.out.println("Consumer: " + o);
}catch(InterruptedException e){
System.out.println("producer is interrupted!");
}
//}
}
}
}
}
你发现这个例子中的问题了吗?
如果没有,我建议你运行一下这段代码,仔细观察它的输出,是不是有下面这个样子的?为什么会这样呢?
…
warning: it's full!
Producer: java.lang.object@4526e2a
…
你可能会说这是因为put()和System.out.println()之间没有同步造成的,我也这样认为,我也这样认为,但是你把run()中的synchronized前面的注释去掉,重新编译运行,有改观吗?没有。为什么?
这是因为,当缓冲区已满,生产者在put()操作时,put()内部调用了await()方法,放弃了线程的执行,然后消费者线程执行,调用take()方法,take()内部调用了signal()方法,通知生产者线程可以执行,致使在消费者的println()还没运行的情况下生产者的println()先被执行,所以有了上面的输出。run()中的synchronized其实并没有起什么作用。
对于BlockingQueue大家可以放心使用,这可不是它的问题,只是在它和别的对象之间的同步有问题。
对于这种多重嵌套同步的问题,以后再谈吧,欢迎大家讨论啊!
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
import java.io.*;
public class Sycn4{
private PipedOutputStream pos;
private PipedInputStream pis;
//private ObjectOutputStream oos;
//private ObjectInputStream ois;
public Sycn4(){
try{
pos = new PipedOutputStream();
pis = new PipedInputStream(pos);
//oos = new ObjectOutputStream(pos);
//ois = new ObjectInputStream(pis);
}catch(IOException e){
System.out.println(e);
}
}
public void start(){
new Producer().start();
new Consumer().start();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Sycn4 s4 = new Sycn4();
s4.start();
}
class Producer extends Thread{
public void run() {
try{
while(true){
int b = (int) (Math.random() * 255);
System.out.println("Producer: a byte, the value is " + b);
pos.write(b);
pos.flush();
//Object o = new MyObject();
//oos.writeObject(o);
//oos.flush();
//System.out.println("Producer: " + o);
}
}catch(Exception e){
//System.out.println(e);
e.printStackTrace();
}finally{
try{
pos.close();
pis.close();
//oos.close();
//ois.close();
}catch(IOException e){
System.out.println(e);
}
}
}
}
class Consumer extends Thread{
public void run(){
try{
while(true){
int b = pis.read();
System.out.println("Consumer: a byte, the value is " + String.valueOf(b));
//Object o = ois.readObject();
//if(o != null)
//System.out.println("Consumer: " + o);
}
}catch(Exception e){
//System.out.println(e);
e.printStackTrace();
}finally{
try{
pos.close();
pis.close();
//oos.close();
//ois.close();
}catch(IOException e){
System.out.println(e);
}
}
}
}
//class MyObject implements Serializable {
//}
}
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生产者消费者模式是一种经典的多线程同步问题解决方案,它源于现实世界中的生产流水线,用于描述生产者(Producer)和消费者(Consumer)之间的协作关系。在这个模式中,生产者负责生成产品并放入仓库,而消费者则从...
本项目通过一个生产者消费者问题的实例,展示了如何在Java中实现线程间的同步与互斥。 生产者消费者问题是经典的并发问题之一,它涉及到两个类型的线程:生产者和消费者。生产者负责生成数据(产品),而消费者则...
在实际应用中,我们常常会遇到一种典型的多线程问题——生产者消费者模型。这个模型描述了两种类型的线程:生产者线程负责创建或生产资源,而消费者线程则负责消耗这些资源。在Java中,我们可以利用同步机制来实现...
生产者消费者模式是一种设计模式,它描述了两个不同类型的线程如何协作完成工作:生产者负责生成数据,而消费者负责消耗这些数据。为了使这个模式在多线程环境下安全运行,我们需要使用Java中的同步机制。 1. **...
设计目的:通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。说明:有界缓冲区内设有20 个存储单元,放入/取出的数据项设定为1‐20 这20 个整型数。设计要求:1)每个生产者和消费者对有界缓冲区...
java多线程学习,生产者消费者问题示例
基本满足操作系统课上要求,java实现的生产者消费者模型。
创建一个简单的生产者消费者模型,可以使用以下伪代码: ```java class Producer implements Runnable { private final BlockingQueue<String> queue; public Producer(BlockingQueue<String> queue) { this....
用java多线程,实现生产者消费者同步和互斥的问题,操作系统中的经典问题
【生产者/消费者模式】是一种常见的并发编程和系统设计模式,它主要解决的是在多线程环境下,如何协调生产者和消费者之间的数据处理问题。在软件开发中,生产者通常是生成数据的一方,而消费者则是处理这些数据的...
生产者/消费者模式是软件设计模式中的一种经典模型,它主要用于多线程环境下的数据共享。在这种模式下,生产者负责生成数据并放入一个共享的数据结构,而消费者则从这个数据结构中取出并消费数据。在Java中,阻塞...
Java多线程编程是开发高并发、高性能应用的关键技术之一,而生产者消费者模式是多线程编程中常用的一种设计模式。它通过分离数据的生产和消费过程,实现了线程间的协同工作,有效避免了资源的竞争和浪费。在这个模式...