【问题标题】:Issues with Implementing Multiple Consumer Multiple Producer in Java在 Java 中实现多消费者多生产者的问题
【发布时间】:2012-10-09 07:48:57
【问题描述】:

我写了一个简单的消费者-生产者问题,它有一个阻塞队列,有多个生产者,多个消费者获取和放入队列中的整数。但是,当我尝试对其进行测试时,结果并不理想,例如队列的大小不正确。我不认为消费者和生产者的规模是同步的。此外,我对生产者和消费者都设置了 2 秒的睡眠时间,但在测试时,它每两秒打印出 2 个生产者和 2 个消费者的结果。有谁知道我做错了什么?也许我启动线程错误?我评论了另一种方法,但结果仍然是错误的。

结果:

run:
Producing 425     Thread-0 size left 0
Consuming 890     Thread-3 size left 0
Consuming 425     Thread-2 size left 0
Producing 890     Thread-1 size left 0
Consuming 192     Thread-2 size left 0
Consuming 155     Thread-3 size left 0
Producing 155     Thread-1 size left 0
Producing 192     Thread-0 size left 0
Consuming 141     Thread-2 size left 1
Producing 141     Thread-0 size left 0
Producing 919     Thread-1 size left 0
Consuming 919     Thread-3 size left 0
Producing 361     Thread-1 size left 0
Producing 518     Thread-0 size left 0
Consuming 518     Thread-3 size left 0
Consuming 361     Thread-2 size left 0
Producing 350     Thread-0 size left 1
Consuming 350     Thread-3 size left 0
Consuming 767     Thread-2 size left 0
Producing 767     Thread-1 size left 0

制片人

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;

public class Producer implements Runnable {

    BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>();

    public Producer(BlockingQueue<Integer> q) {
        this.items = q;
    }

    private int generateRandomNumber(int start, int end) {
        Random rand = new Random();
        int number = start + rand.nextInt(end - start + 1);
        return number;
    }

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            int rand = generateRandomNumber(100, 1000);
            try {
                items.put(rand);
                System.out.println("Producing " + rand + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                Logger.getLogger(ProducerConsumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
            }
        }
    }
}

消费者

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;

public class Consumer implements Runnable {

    BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>();

    public Consumer(BlockingQueue<Integer> q) {
        this.items = q;
    }

    public void run() {
        while (true) {
            try {
                System.out.println("Consuming " + items.take() + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                Logger.getLogger(ProducerConsumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
            }
        }
    }
}

测试

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class ProducerConsumer {
    public static void main(String args[]) {
        BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>();

        Producer producer = new Producer(items);
        Consumer consumer = new Consumer(items);
        Thread t1 = new Thread(producer);
        Thread t2 = new Thread(producer);
        Thread t3 = new Thread(consumer);
        Thread t4 = new Thread(consumer);
        /*
        Thread t1 = new Thread(new Producer());
        Thread t2 = new Thread(new Producer());
        Thread t3 = new Thread(new Consumer());
        Thread t4 = new Thread(new Consumer());
        */
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

更新:我试图实现可重入锁,但我的程序在锁行处停止。有什么帮助吗? 消费者

import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class Consumer implements Runnable { 

    //private BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>(); 
    private MyBlockingQ items;

    public Consumer(MyBlockingQ q) { 
        this.items = q; 
    } 

    public void run() { 
        while (true) { 
            items.remove();
            //Thread.sleep(1000);
        }
    }
} 

制片人

import java.util.Random;

public class Producer implements Runnable {
    private MyBlockingQ items;
    public Producer(MyBlockingQ q) {
        this.items = q;
    }

    private int generateRandomNumber(int start, int end) {
        Random rand = new Random();
        int number = start + rand.nextInt(end - start + 1);
        return number;
    }

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            int rand = generateRandomNumber(100, 1000);
            items.add(rand);
        }
    }
}

MyBlockingQ(共享资源)

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;

public class MyBlockingQ {

    private BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>();
    private final ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public MyBlockingQ() {
    }

    public void add(Integer i) {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            items.put(i);
            System.out.println("Producing " + i + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
        } catch (InterruptedException ex) {
            Logger.getLogger(ProducerConsumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public void remove() {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            int taken = items.take();
            System.out.println("Consuming " + taken + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
        } catch (InterruptedException ex) {
            Logger.getLogger(ProducerConsumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

测试

import java.util.concurrent.BlockingQueue; 
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; 

public class ProducerConsumer { 
    public static void main(String args[]) { 
        MyBlockingQ items = new MyBlockingQ(); 

        System.out.println("starting");
        Thread t1 = new Thread(new Producer(items)); 
        Thread t2 = new Thread(new Producer(items)); 
        Thread t3 = new Thread(new Consumer(items)); 
        Thread t4 = new Thread(new Consumer(items)); 
        t1.start(); 
        t2.start(); 
        t3.start(); 
        t4.start(); 
    } 
} 

【问题讨论】:

  • 在 MyBlockingQ 的 remove() 方法中,您正在锁定 writeLock(),而您应该锁定 readLock()

标签: java multithreading producer-consumer blockingqueue


【解决方案1】:

这两行

items.put(rand);
System.out.println("Producing " + rand + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());

不同步。生产者可能会在队列中放入数字,但是当从放入队列的线程显示队列的大小时,消费者可能已经消费了一个数字。

【讨论】:

    【解决方案2】:

    您可能对这部分输出感到困惑:

    Producing 425     Thread-0 size left 0
    Consuming 890     Thread-3 size left 0
    Consuming 425     Thread-2 size left 0
    Producing 890     Thread-1 size left 0
    

    问题: Thread-3 为何在 Thread-1 生产它们之前消耗了 890 个项目?

    答案: Thread-3 不消耗物品,在它们被 Thread-1 生产之前。

    原因: 当 Thread-1 将项目放入队列时,Thread-3 可能已经在等待从队列中取出项目。所以 Thread-1 放了物品:

    items.put(rand);
    

    在 Thread-1 跳到下一行并打印有关它生成的项目的信息之前,Thread-3 执行以下行:

    System.out.println("Consuming " + items.take() + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
    

    只有这样 Thread-1 才会执行它的 println:

    System.out.println("Producing " + rand + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
    

    因此,您可以在控制台中看到这些有趣的结果。

    您可能想了解synchronizing。有两种方法可以解决您的问题:

    • 同步方法
    • 同步语句(brimborium 使用的方法)

    同步锁定对同步块内对象的访问。这意味着所有其他方法都必须等待轮到它,然后才能访问对象。

    因此,如果您在生产者和消费者中的项目上使用同步,那么:

    • 生产者放置物品时,消费者无法取走物品。
    • 生产者无法在消费者取走物品时放入物品。

    如果项目为空并且消费者的方法锁定项目,程序将陷入所谓的死锁。生产者必须等待消费者解锁,但这永远不会发生,因为消费者正在等待获取物品(这些物品必须由生产者放置在那里)。

    此外,我让生产者和消费者都睡了 2 秒,但是当 测试,每两秒打印出 2 个生产者的结果 和 2 个消费者。

    这正是您应该期待的。在 Test 类中,您将创建 2 个生产者和 2 个消费者。

    Thread t1 = new Thread(producer);
    Thread t2 = new Thread(producer);
    Thread t3 = new Thread(consumer);
    Thread t4 = new Thread(consumer);
    
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
    t4.start();
    

    【讨论】:

    • 使用 ReentrantReadWriteLock 可以代替同步吗?
    • 是的。 ReentrantRreadWriteLock 比同步方法/语句更强大。在 Producers 中使用 synchronized(items) 会使 Producers 在放置物品时相互等待,从而轮流放置。你可以通过 Reentrant 避免这种情况。
    【解决方案3】:

    您需要同步items 访问。我只是稍微改变了你的例子,结果看起来不错。由于同步,您还必须处理死锁。在这种情况下,只要您不通过Consumer 中的items.take() 同步就应该没问题。

    你的新测试:

    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
    
    public class ProducerConsumer {
        public static void main(String args[]) {
            BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>();
    
            Thread t1 = new Thread(new Producer(items));
            Thread t2 = new Thread(new Producer(items));
            Thread t3 = new Thread(new Consumer(items));
            Thread t4 = new Thread(new Consumer(items));
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
            t4.start();
        }
    }
    

    消费者

    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
    import java.util.logging.Level;
    import java.util.logging.Logger;
    
    public class Consumer implements Runnable {
    
        BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>();
    
        public Consumer(BlockingQueue<Integer> q) {
            this.items = q;
        }
    
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    System.out.println("Consuming " + items.take() + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException ex) {
                    Logger.getLogger(ProducerConsumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
                }
            }
        }
    }
    

    还有制作人

    import java.util.Random;
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
    import java.util.logging.Level;
    import java.util.logging.Logger;
    
    public class Producer implements Runnable {
    
        BlockingQueue<Integer> items = new LinkedBlockingQueue<>();
    
        public Producer(BlockingQueue<Integer> q) {
            this.items = q;
        }
    
        private int generateRandomNumber(int start, int end) {
            Random rand = new Random();
            int number = start + rand.nextInt(end - start + 1);
            return number;
        }
    
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                int rand = generateRandomNumber(100, 1000);
                try {
                    synchronized (items) {
                        items.put(rand);
                        System.out.println("Producing " + rand + "     " + Thread.currentThread().getName() + " size left " + items.size());
                    }
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException ex) {
                    Logger.getLogger(ProducerConsumer.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
                }
            }
        }
    }
    

    【讨论】:

    • 这有什么意义?现在生产者必须互相等待才能将元素添加到队列中。这不会让消费者等到您放置元素并检查队列大小。
    • 第一个是正确的,应该是这样。对于第二部分,你是对的,这是一个问题。
    • @Zvezdochet 对于第二个问题你有好的解决方案吗?
    • 我不知道 BlockingQueue 这个问题的简单解决方案。为什么需要知道队列大小(调试目的除外)?您可以添加“监控”线程,它将每隔几秒打印一次队列的大小。您也可以使用显式同步(就像您尝试过的那样),但在这种情况下,您可能不需要 BlockingQueue。因为 BlockingQueue 的重点是释放客户端显式同步和消费者和生产者之间的阻塞
    • @brimborium 我认为在这种情况下使用 ReentrantReadWriteLock 可能会有所帮助。
    猜你喜欢
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 2013-04-12
    • 1970-01-01
    • 2019-05-24
    • 1970-01-01
    • 2012-11-14
    • 1970-01-01
    • 2019-02-04
    相关资源
    最近更新 更多