java中的Producer和Consumer使用notify()和wait()运行4个线程

Question

最近学习了Java线程通信中的notify和wait，试着写了Consumer&Producer的经典问题，在我的代码中，我实际上有4个线程，2个是消费者，另外2个是生产者。

package producer_consumer;

class Shared {
    private volatile boolean writable = true;
    public Character character = 'A';
    public synchronized void produceChar(Character c) {

        while (!writable) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        writable = false;

        character = c;
        notify();

    }

    public synchronized void consumerChar() {

        while (writable) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        writable = true;
        notify();
    }

}
public class PC {

    public static void main(String[] args) {

        Shared shared = new Shared();

        class Producer extends Thread {
            @Override
            public synchronized void run() {
                for(Character character = 'A';character<'Z';character++) {
                    shared.produceChar(character);
                    System.out.println(shared.character + " is produced");
                }
            }
        }


        class Consumer extends Thread {
            @Override
            public synchronized void run() {
                do {
                    shared.consumerChar();
                    System.out.println(shared.character + " is consumed");
                }while (shared.character!='Z');
            }
        }

        Producer p1 = new Producer();
        Producer p2 = new Producer();

        Consumer c1 = new Consumer();
        Consumer c2 = new Consumer();

        p1.start();
        p2.start();
        c1.start();
        c2.start();

    }
}

但是，当我尝试运行代码时，它没有成功。我以为它会打印从 A 到 Z 的字母，但它总是卡住。我知道一定有什么问题，但我自己无法弄清楚。实际上，我不知道它有什么问题。那么，有人会帮助我吗？谢谢！

Answer 1

当您的代码调用通知时，这会告诉调度程序从等待集中为您调用通知的锁选择一个线程，然后将其唤醒。调度程序不知道线程正在等待什么特定条件，也不知道它将选择哪一个。

当您有多个线程时，其中一些正在等待不同的条件（这里的条件是可写的和不可写的），那么线程可能会被通知它不感兴趣的条件。被通知的线程一旦它发现它正在寻找的条件不存在，并且没有其他线程接收到它，它就会返回等待。这意味着没有人会因为该事件而取得进展。

例子：

1）第一个生产者执行，可写为真，让它跳过等待，写s char，调用notify（没有人在监听），并将可写标志翻转为假。

2) 上下文切换到第二个生产者，它发现可写是假的，所以它等待。

3) 此时调度程序可以运行一个消费者，如果一个消费者正在启动，或者它可以切换回第一个生产者。 说它选择了制作人。第一个生产者看到 writable 仍然是假的，所以它等待。

4) 第一个消费者运行。可写是假的，所以不用等待；它将可写标志翻转为真并调用通知。

5) 现在有 2 个生产者在等待，通知会唤醒其中一个，另一个仍在等待。

6) 可以选择第一个消费者再次运行，可写为真，因此它会等待。现在有一个生产者在等待，一个消费者在等待。

7) 此时调度程序可以选择剩余的活动消费者或剩余的活动生产者。如果它选择了生产者，那么生产者可以采取行动，然后调用通知。可以通知任一等待线程。只有一个人可以对通知采取行动。

一种解决方案是使用 notifyAll。这会唤醒等待集中的所有线程，因此如果它们中的任何一个感兴趣，那么它们将被通知。这不是适用于所有情况的完美解决方案；在一个有很多线程的程序中，对于大多数线程来说，这可能意味着很多非生产性的上下文切换和状态转换，这些线程最终最终回到他们的等待状态而没有取得任何进展。当然，对于一个不是问题的小程序。

没有 notifyAll 缺点的实际解决方案是使用 ReentrantLock，它允许单独的条件。这样，线程等待特定的 Condition 对象，结果通知只发送到等待该特定条件的线程。

Condition 的 api 文档有一个有界固定大小队列的示例，该队列显示线程等待不同的条件对象，具体取决于它们是生产者还是消费者。条件不空也不满。将东西插入满队列的线程必须等待未满状态。试图从空队列中取出项目的线程等待非空条件。

顺便说一句，将同步放在 run 方法上不会完成任何事情。每个线程都在线程的生命周期内获取自己的锁。锁必须共享才能有用。它所做的只是使加入其中任何一个的线程难以进入等待状态。