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生產者消費者Java|同步問題

2022-10-12 10:35:03 企業開發

我目前正在學習 Java 中的多執行緒,在那里我了解了生產者-消費者問題,其中生產者正在生產,而消費者正在從佇列中消費,而與共享緩沖佇列上的生產者或消費者的數量無關。

在試圖解決這個問題時,出現了一個非常奇怪的問題。

Storage.java 的代碼:

class Storage{
    int[] buffer;
    int index;
    final Object lock = new Object();

    public Storage(int n){
        buffer = new int[n];
        Arrays.fill(buffer, -1);
        index = 0;
    }

    public void addValueInBuffer(int value){
        synchronized (lock) {
            if (index >= buffer.length) {
                System.out.println("Thread "   Thread.currentThread().getName()  
                        " producer need to wait"   " with index "   index);
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }else {
                System.out.println("Thread "   Thread.currentThread().getName()  
                        " is adding value "   value   " with index "   index);
                buffer[index] = value;
                index  ;
                lock.notifyAll();
                try {
                    Thread.sleep(50);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public void consumeValueFromBuffer(){
        synchronized (lock){
            if(index <= 0){
                System.out.println("Thread "   Thread.currentThread().getName()  
                        " consumer need to wait" " with index " index);
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }else {
                System.out.println("Thread "   Thread.currentThread().getName()  
                        " is consuming value "   " with index "   index);
                index--;
                buffer[index] = -1;
                lock.notifyAll();
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public int totalConsumption(){
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < buffer.length; i  ) {
            if(buffer[i]==0){
                count  ;
            }
        }
        return count;
    }
}

Producer.java 的代碼

class Producer{

    Storage storage;

    public Producer(Storage storage){
        this.storage = storage;
    }

    public void addValue(int value){
        this.storage.addValueInBuffer(value);
    }
}

Consumer.java 的代碼

class Consumer{

    Storage storage;

    public Consumer(Storage storage){
        this.storage = storage;
    }

    private void consumeValue(){
        this.storage.consumeValueFromBuffer();
    }
}

ApplicationRunner.java 的代碼

public class ApplicationRunner {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int n = 1;
        Storage storage = new Storage(n);

        Producer producer = new Producer(storage);
        Consumer consumer = new Consumer(storage);

        Thread producerThread = new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 5; i  ) {
                producer.addValue(0);
            }
        });

        Thread producerThread2 = new Thread(()-> {
            for (int i = 0; i < 10; i  ) {
                producer.addValue(1);
            }
        });

        Thread consumerThread = new Thread(consumer);
        Thread consumerThread2 = new Thread(consumer);


        producerThread.start();
        producerThread2.start();
        consumerThread.start();
        consumerThread2.start();

        producerThread.join();
        producerThread2.join();
        consumerThread.join();
        consumerThread2.join();

        System.out.println("Storage is " storage.totalConsumption() " which should be zero!");
    }
}

共享緩沖佇列只有 1 個存盤空間,因此可以模擬特殊行為。兩個生產者總共生產 15 個資料,兩個消費者在無限回圈中消費。

上述程式的輸出是:

Thread Thread-0 is adding value 0 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-0 is adding value 0 with index 0
Thread Thread-3 is consuming value  with index 0
Thread Thread-0 is adding value 0 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-0 is adding value 0 with index 0
Thread Thread-3 is consuming value  with index 0
Thread Thread-0 is adding value 0 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-3 consumer need to wait with index 0
Thread Thread-2 consumer need to wait with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-1 producer need to wait with index 1
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-3 consumer need to wait with index 0
Thread Thread-2 consumer need to wait with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-3 is consuming value  with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-3 is consuming value  with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-2 is consuming value  with index 0
Thread Thread-1 is adding value 1 with index 0
Thread Thread-3 is consuming value  with index 0
Thread Thread-2 consumer need to wait with index 0
Thread Thread-3 consumer need to wait with index 0

我預計總生產者將生產 15 件商品,消費者將消費 15 件商品。然而,情況并非如此,我觀察到生產者只生產 8 件商品,而消費者正在消費 8 件商品,我想這是因為 if-else 條件。

我不明白這種不尋常的行為,我在進行代碼同步或緩沖索引時是否遺漏了什么?

uj5u.com熱心網友回復:

不是一個完整的分析,但這一點至少在我看來是錯誤的:

synchronized (lock) {
    if (index >= buffer.length) {
        System.out.println("Thread "   Thread.currentThread().getName()  
                " producer need to wait"   " with index "   index);
        try {
            lock.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
}else {

這里的問題是else. 如果緩沖區已滿,則等待,然后什么也不做換句話說,因為緩沖區已滿,else塊將不會被執行,所以要添加的值永遠不會。

還有第二個錯誤:if (index >= buffer.length)不。如果有多個生產者,可能會喚醒一個添加值的執行緒,并且緩沖區可能仍然是滿的,因為另一個執行緒在您的執行緒之前添加了一個值。始終在回圈中測驗這樣的條件:while( index >= buffer.length ) lock.wait();這樣您就不會退出回圈,直到您需要繼續的條件為真。

未經測驗:

public void addValueInBuffer(int value) throws InterruptedException {
    synchronized (lock) {
        while(index >= buffer.length) lock.wait();
        buffer[index] = value;
        index  ;
      // you probably also need index = index % buffer.length
        lock.notifyAll();
    }
}

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qiye/513749.html

標籤:爪哇多线程生产者-消费者

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