单线程下的生产者--消费者模式详解，wait和sleep的区别

1. 单线程下的生产者--消费者模式

1.1 该模式下，一个线程生产数据，另一个线程处理数据。当数据还没被处理，那么生产数据的线程进入等待状态；如果数据还没生产，那么处理数据的线程进入等待状态，代码及运行结果如下。

// 生产者
class Producer extends Thread{private final List<Object> lst;public Producer(List<Object> lst){this.lst = lst;}@Overridepublic void run() {while(true){synchronized (lst){if(lst.size() > 0){try {lst.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}lst.add(new Object());System.out.println("生产者：" + lst.size());lst.notify();}}}
}// 消费者
class Consumer extends Thread{private final List<Object> lst;public Consumer(List<Object> lst){this.lst = lst;}@Overridepublic void run() {while(true){synchronized (lst){if(lst.size() == 0){try {lst.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}lst.remove(0);System.out.println("消费者：" + lst.size());lst.notify();}}}
}

1.2 功能分析。生产者和消费者共享同一个ArrayList对象，生产者往ArrayList放数据，消费者删除数据。初始时，ArrayList里没有数据，如果消费者先操作ArrayList对象，判断ArrayList对象没有数据后，执行wait方法进入等待状态并释放ArrayList对象锁；此时生产者得到该锁，判断ArrayList没有数据后，往里面添加一个数据，并调用notify方法唤醒进入等待状态的消费者。如果此时生产者又抢到ArrayList对象锁，那么判断ArrayList对象有数据后，会进入等待状态，前面被唤醒的消费者来消费并唤醒刚进入等待的生产者，后面一直如此循环....

2. wait和notify方法

2.1 wait方法，执行该方法的线程会进入阻塞状态，而不是可运行状态，所以不会去抢夺CPU时间片；同时会释放正在占用的对象锁。

2.2 关于执行wait方法的线程是否会抢夺CPU时间片，下面通过资源监视器来证明一下。当我没有运行java程序时，CPU的利用率是6%左右，如下图。

当java创建10个线程，一个while循环，没有任何逻辑代码，CPU利用率达到了100%。

此时我们在while循环中写上wait方法，我们可以发现，CPU利用率只有刚创建线程时会有短暂的升高，后面线程执行了wait方法进入等待状态并没有导致CPU利用率升高，所以执行wait方法的线程不会抢夺CPU时间片。

同理，sleep方法也并不会抢夺CPU时间片，但sleep方法不释放锁。

2.3 wait和sleep的区别

① wait是Object的方法，sleep是Thread的方法。

② wait会释放占有的锁，但sleep不会释放锁。

③ wait必须用在同步代码块或同步方法中，sleep不需要。

④ 它们都不会去抢夺CPU时间片

⑤ 调用wait方法时线程会进入waiting状态；而调用sleep方法时线程会进入timed_waiting状态；线程等待synchronized同步代码块或同步方法时进入blocked状态。

2.4 notify方法：唤醒等待状态的线程，将线程从阻塞状态变为可运行状态，抢到CPU时间片再执行；同时还要占有锁才能执行。

3. 多线程下的生产者消费者模式

3.1 我们先使用第一节的消费者和生产者代码，分别创建两个消费者和两个生产者，得到运行结果如下。

3.2 出现一直生产的情况的原因：生产了数据的生产者会唤醒一个正在等待状态的线程，如果此时唤醒的是另一个生产者，那么又会生产数据，然后该生产者会有唤醒一个等待状态的线程，如果此时唤醒的又是生产者，那么循环往复，就会一直生产数据....

3.3 既然出现一直生产的情况，是因为被唤醒直接生产数据，那么就在被唤醒后仍然判断一下是否有数据，如果有，再进入等待状态，代码如下。

3.4 运行后，会出现卡死情况，原因：当没有数据时，两个消费者会进入等待状态，此时如果一个生产者占有锁，它会生产一个数据，如果此时唤醒的是一个等待状态的生产者，那么生产者还是进入等待，等到自己再次抢到锁，依然因为有数据而进入等待状态，也就出现了卡死现象。

3.5 既然是因为都进入了等待状态，那么每次都用notifyAll方法，把所有等待状态的线程都唤醒，就不会出现卡死现象了，最终代码如下。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class WaitNotifyTest {public static void main(String[] args) {List<Object> lst = new ArrayList<>();Producer pro = new Producer(lst);Consumer con = new Consumer(lst);pro.start();con.start();new Producer(lst).start();new Consumer(lst).start();}
}class Producer extends Thread{private final List<Object> lst;public Producer(List<Object> lst){this.lst = lst;}@Overridepublic void run() {while(true){synchronized (lst){while(lst.size() > 0){try {lst.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}lst.add(new Object());System.out.println("生产者：" + lst.size());lst.notifyAll();}}}
}class Consumer extends Thread{private final List<Object> lst;public Consumer(List<Object> lst){this.lst = lst;}@Overridepublic void run() {while(true){synchronized (lst){while(lst.size() == 0){try {lst.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}lst.remove(0);System.out.println("消费者：" + lst.size());lst.notifyAll();}}}
}

4. 通过钩子程序捕获程序退出以及setUncaughtExceptionHandler方法捕获线程抛出的运行时异常