java 生产者消费者以及wait()和notify()分析

生产者消费者模型几乎是所有操作系统课程上都会提到的一个模型，它不光可以说明操作系统的信号量机制，可以拿来说明多线程的一些工作机制。

下面的代码是我在看这个 Java面试题目时自己搜了搜，然后结合代码中一些参考写的一个生产者消费者的模型。

关于下面的代码，有以下几点得提前强调下：

wait()方法在官网有如下说明

Causes the current thread to wait until another thread invokes the notify() method or the notifyAll() method for this object

由代码的中stackoverflow上的这个问题下面的回答，已经一些相应的连接可以知道，wait()会在没有任何notify的情况下自己awake，所以在检查状态时，一定要用while 而不是if，否则会错误的进入，然后导致出错。还有一种情况就是可能有较多的thread在wait，那么当有notifyAll()调用时，所有的wait都会awake,这个时候如果大家都真的awake，势必会引发错误，所以正确的做法还是要醒来后继续检查条件。

notifyAll()在官网的简介如下

Wakes up all threads that are waiting on this object's monitor.

这里的this object's指的当前调用notifyAll()函数的对象，即本例中的Msg的实例。notifyAll()会给所有Msg的正在wait的实例发送awake信号，这里就更需要上面的while（而不是if）了，否则就会出错。比如有三个消费者在wait，但是目前只有一个生产者生产了一个消息，而它就去notifyAll，那肯定就会出错。

为了更好的表示每个线程的wait和awake，我在每一个wait()后面添加了线程被唤醒时的打印，下面是某次执行的输出：

get wait
get wait
+++++++[p]++++++++
get awake
-------[]-------
get awake
get wait
+++++++[p]++++++++
get awake
-------[]-------
get wait
+++++++[p]++++++++
get awake
-------[]-------
get wait
+++++++[p]++++++++
get awake
-------[]-------
+++++++[p]++++++++
-------[]-------
+++++++[p]++++++++
-------[]-------
+++++++[p]++++++++
+++++++[p, p]++++++++
-------[p]-------

因为故意在main函数中先启动了两个消费者Consumer，所以最初可以看到两个get wait（前两行），紧接着生产者生产了一条数据（第三行），并发送了notifyAll消息，于是两个消费者都醒了（第4、6行），但是只有一个消费者成功的获取了消息（打印了第五行），另一个消费者醒了发现没东西，遍继续睡觉了（第七行）。后面以此类推。

好了，Talk is cheap, 看代码吧。

package interview;

import java.lang.*;
import java.lang.Override;
import java.util.ArrayList;

/**
 * User: shellbye.com@gmail.com
 * Date: 2015/3/23
 * ref:http://www.programcreek.com/2009/02/notify-and-wait-example/
 */
public class WaitAndNotify0 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Msg msg = new Msg();

        Producer0 p = new Producer0(msg);
        Consumer0 c = new Consumer0(msg);
        p.start();
        c.start();
    }
}

class Msg {
    ArrayList<String> m = new ArrayList<>();

    public synchronized void putMsg(String msg) {
        try {
            // changed from if to while by this 
            // ref:http://stackoverflow.com/questions/2536692/a-simple-scenario-using-wait-and-notify-in-java
            while (m.size() > 10) {
                System.out.println("put wait");
                wait();
                System.out.println("put awake");
            }
            m.add(msg);
            // when delete oen of the notifyAll() or delete both of them,,
            // the program dead with 'put wait' and 'get wait'
            notifyAll();
            System.out.println("+++++++" + m + "++++++++");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public synchronized void getMsg() {
        try {
            while (m.size() < 1) {
                System.out.println("get wait");
                wait();
                System.out.println("get awake");
            }
            m.remove(0);
            notifyAll();
            System.out.println("-------" + m + "-------");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Producer0 extends Thread {

    Msg m;

    Producer0(Msg m) {
        this.m = m;
    }


    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                sleep((int) (Math.random() * 1000));
                m.putMsg("p");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}


class Consumer0 extends Thread {

    Msg m;

    Consumer0(Msg m) {
        this.m = m;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                sleep((int) (Math.random() * 1000));
                m.getMsg();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}