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1. 生產者-消費者模式是一個十分經典的多線程併發協作的模式，弄懂生產者-消費者問題能夠讓我們對併發編程的理解加深。所謂生產者-消費者問題，實際上主要是包含了兩類線程，一種是生產者線程用於生產數據，另一種是消費者線程用於消費數據，為了解耦生產者和消費者的關係，通常會採用共享的數據區域，就像是一個倉庫，生產者生產數據之後直接放置在共享數據區中，並不需要關心消費者的行為；而消費者只需要從共享數據區中去獲取數據，就不再需要關心生產者的行為。但是，這個共享數據區域中應該具備這樣的線程間併發協作的功能：如果共享數據區已滿的話，阻塞生產者繼續生產數據放置入內；
2. 如果共享數據區為空的話，阻塞消費者繼續消費數據；

在實現生產者消費者問題時，可以採用三種方式：

1.使用Object的wait/notify的消息通知機制；

2.使用Lock的Condition的await/signal的消息通知機制；

3.使用BlockingQueue實現。本文主要將這三種實現方式進行總結歸納。

1. wait/notify的消息通知機制

1.1 預備知識

Java 中，可以通過配合調用 Object 對象的 wait() 方法和 notify()方法或 notifyAll() 方法來實現線程間的通信。在線程中調用 wait() 方法，將阻塞當前線程，直至等到其他線程調用了調用 notify() 方法或 notifyAll() 方法進行通知之後，當前線程才能從wait()方法出返回，繼續執行下面的操作。

wait

該方法用來將當前線程置入休眠狀態，直到接到通知或被中斷為止。在調用 wait()之前，線程必須要獲得該對象的對象監視器鎖，即只能在同步方法或同步塊中調用 wait()方法。調用wait()方法之後，當前線程會釋放鎖。如果調用wait()方法時，線程並未獲取到鎖的話，則會拋出IllegalMonitorStateException異常，這是以個RuntimeException。如果再次獲取到鎖的話，當前線程才能從wait()方法處成功返回。

notify

該方法也要在同步方法或同步塊中調用，即在調用前，線程也必須要獲得該對象的對象級別鎖，如果調用 notify()時沒有持有適當的鎖，也會拋出

notifyAll

該方法與 notify ()方法的工作方式相同，重要的一點差異是： notifyAll 使所有原來在該對象上 wait 的線程統統退出WAITTING狀態，使得他們全部從等待隊列中移入到同步隊列中去，等待下一次能夠有機會獲取到對象監視器鎖。

1.2 wait/notify消息通知潛在的一些問題##

1.notify早期通知

notify 通知的遺漏很容易理解，即 threadA 還沒開始 wait 的時候，threadB 已經 notify 了，這樣，threadB 通知是沒有任何響應的，當 threadB 退出 synchronized 代碼塊後，threadA 再開始 wait，便會一直阻塞等待，直到被別的線程打斷。比如在下面的示例代碼中，就模擬出notify早期通知帶來的問題：

示例中開啟了**兩個線程，一個是WaitThread，另一個是NotifyThread。NotifyThread會先啟動，先調用notify方法。然後WaitThread線程才啟動，調用wait方法，但是由於通知過了，wait方法就無法再獲取到相應的通知，因此WaitThread會一直在wait方法出阻塞，這種現象就是通知過早的現象。**針對這種現象，解決方法，一般是添加一個狀態標誌，讓waitThread調用wait方法前先判斷狀態是否已經改變了沒，如果通知早已發出的話，WaitThread就不再去wait。對上面的代碼進行更正：

這段代碼只是增加了一個isWait狀態變量，NotifyThread調用notify方法後會對狀態變量進行更新，在WaitThread中調用wait方法之前會先對狀態變量進行判斷，在該示例中，調用notify後將狀態變量isWait改變為false，因此，在WaitThread中while對isWait判斷後就不會執行wait方法，從而避免了Notify過早通知造成遺漏的情況。

總結：在使用線程的等待/通知機制時，一般都要配合一個 boolean 變量值（或者其他能夠判斷真假的條件），在 notify 之前改變該 boolean 變量的值，讓 wait 返回後能夠退出 while 循環（一般都要在 wait 方法外圍加一層 while 循環，以防止早期通知），或在通知被遺漏後，不會被阻塞在 wait 方法處。這樣便保證了程序的正確性。

2.等待wait的條件發生變化

如果線程在等待時接受到了通知，但是之後等待的條件發生了變化，並沒有再次對等待條件進行判斷，也會導致程序出現錯誤。

下面用一個例子來說明這種情況

異常原因分析：在這個例子中一共開啟了3個線程，Consumer1,Consumer2以及Productor。首先Consumer1調用了wait方法後，線程處於了WAITTING狀態，並且將對象鎖釋放出來。因此，Consumer2能夠獲取對象鎖，從而進入到同步代塊中，當執行到wait方法時，同樣的也會釋放對象鎖。因此，productor能夠獲取到對象鎖，進入到同步代碼塊中，向list中插入數據後，通過notifyAll方法通知處於WAITING狀態的Consumer1和Consumer2線程。consumer1得到對象鎖後，從wait方法出退出，刪除了一個元素讓List為空，方法執行結束，退出同步塊，釋放掉對象鎖。這個時候Consumer2獲取到對象鎖後，從wait方法退出，繼續往下執行，這個時候Consumer2再執行lock.remove(0);就會出錯，因為List由於Consumer1刪除一個元素之後已經為空了。

**解決方案：**通過上面的分析，可以看出Consumer2報異常是因為線程從wait方法退出之後沒有再次對wait條件進行判斷，因此，此時的wait條件已經發生了變化。解決辦法就是，在wait退出之後再對條件進行判斷即可。

上面的代碼與之前的代碼僅僅只是將 wait 外圍的 if 語句改為 while 循環即可，這樣當 list 為空時，線程便會繼續等待，而不會繼續去執行刪除 list 中元素的代碼。

總結：在使用線程的等待/通知機制時，一般都要在 while 循環中調用 wait()方法，因此xuy配合使用一個 boolean 變量（或其他能判斷真假的條件，如本文中的 list.isEmpty()），滿足 while 循環的條件時，進入 while 循環，執行 wait()方法，不滿足 while 循環的條件時，跳出循環，執行後面的代碼。

3. “假死”狀態

現象：如果是多消費者和多生產者情況，如果使用notify方法可能會出現“假死”的情況，即喚醒的是同類線程。

原因分析：假設當前多個生產者線程會調用wait方法阻塞等待，當其中的生產者線程獲取到對象鎖之後使用notify通知處於WAITTING狀態的線程，如果喚醒的仍然是生產者線程，就會造成所有的生產者線程都處於等待狀態。

解決辦法：將notify方法替換成notifyAll方法，如果使用的是lock的話，就將signal方法替換成signalAll方法。

總結

在Object提供的消息通知機制應該遵循如下這些條件：

1. 永遠在while循環中對條件進行判斷而不是if語句中進行wait條件的判斷；
2. 使用NotifyAll而不是使用notify。

基本的使用範式如下：

1.3 wait/notifyAll實現生產者-消費者

利用wait/notifyAll實現生產者和消費者代碼如下：

輸出結果：

2. 使用Lock中Condition的await/signalAll實現生產者-消費者

參照Object的wait和notify/notifyAll方法，Condition也提供了同樣的方法：

針對wait方法

void await() throws InterruptedException：當前線程進入等待狀態，如果其他線程調用condition的signal或者signalAll方法並且當前線程獲取Lock從await方法返回，如果在等待狀態中被中斷會拋出被中斷異常；

long awaitNanos(long nanosTimeout)：當前線程進入等待狀態直到被通知，中斷或者超時；

boolean await(long time, TimeUnit unit)throws InterruptedException：同第二種，支持自定義時間單位

boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException：當前線程進入等待狀態直到被通知，中斷或者到了某個時間

針對notify方法

void signal()：喚醒一個等待在condition上的線程，將該線程從等待隊列中轉移到同步隊列中，如果在同步隊列中能夠競爭到Lock則可以從等待方法中返回。

void signalAll()：與1的區別在於能夠喚醒所有等待在condition上的線程

也就是說wait--->await，notify---->Signal。

如果採用lock中Conditon的消息通知原理來實現生產者-消費者問題，原理同使用wait/notifyAll一樣。直接上代碼：

3. 使用BlockingQueue實現生產者-消費者

由於BlockingQueue內部實現就附加了兩個阻塞操作。即當隊列已滿時，阻塞向隊列中插入數據的線程，直至隊列中未滿；當隊列為空時，阻塞從隊列中獲取數據的線程，直至隊列非空時為止。可以利用BlockingQueue實現生產者-消費者為題，阻塞隊列完全可以充當共享數據區域，就可以很好的完成生產者和消費者線程之間的協作。

可以看出，使用BlockingQueue來實現生產者-消費者很簡潔，這正是利用了BlockingQueue插入和獲取數據附加阻塞操作的特性。

關於生產者-消費者實現的三中方式，到這裡就全部總結出來，如果覺得不錯的話，請點贊，也算是給我的鼓勵，在此表示感謝！

鏈接：https://juejin.im/post/5aeec675f265da0b7c072c56

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