Java 多線程生產者消費者模式：從雙線程到多線程的完美演進

Java 多線程生產者消費者模式：從雙線程到多線程的完美演進

生產者-消費者是經典的並發協作模式。本文通過「單生產單消費」→「多生產多消費」的層層遞進，揭示 wait/notify 陷阱，最終給出生產級 while + notifyAll 正確實現。

場景一：一生產一消費

共享資源類 Resource 使用 boolean flag 標記是否有產品，synchronized 保證原子性，wait() 釋放鎖等待，notify() 喚醒對方。

public class Resource {
    private int number = 0;
    private boolean flag = false;

    public synchronized void create() {
        if (flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產者------------" + number);
        flag = true;
        notify();
    }

    public synchronized void destroy() {
        if (!flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費者****" + number);
        flag = false;
        notify();
    }
}

測試類啟動一對線程，輸出完美交替：生產1 → 消費1 → 生產2 → 消費2 …

場景二：多生產多消費（雙線程各兩個）

直接啟動 2 個 Producer + 2 個 Consumer，出現嚴重問題：

• 重複消費：同一產品被消費兩次（如 101）。
• 遺漏消費：產品生產後無人消費（如 105）。

根因分析

1. if 判斷只檢查一次，被 notify() 喚醒後不再複查條件，導致「虛假喚醒」繼續執行。
2. notify() 隨機喚醒單個線程，可能喚醒同類線程（生產喚醒生產），造成死鎖或邏輯錯誤。

修正步驟 1：if → while

將條件判斷改為循環，喚醒後重新檢查：

while (flag) { wait(); }  // 生產者
while (!flag) { wait(); } // 消費者

解決虛假喚醒，但引發新問題：程序運行到某值（如 74）卡死——死鎖。原因：notify() 可能喚醒同類，導致雙方都在等待對方。

修正步驟 2：notify → notifyAll

喚醒所有等待線程，確保對方類型線程一定被喚醒：

notifyAll(); // 生產與消費雙方均改用 notifyAll

最終正確代碼

public class Resource {
    private int number = 0;
    private boolean flag = false;

    public synchronized void create() {
        while (flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生產者------------" + number);
        flag = true;
        notifyAll();
    }

    public synchronized void destroy() {
        while (!flag) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消費者****" + number);
        flag = false;
        notifyAll();
    }
}

運行結果：多線程下嚴格交替，無重複、無遺漏、無死鎖。

核心經驗總結

1. 永遠使用 while 而非 if 檢查等待條件，防止虛假喚醒。
2. 多生產/多消費場景必須用 notifyAll()，避免同類線程互喚導致死鎖。
3. 生產環境建議直接使用 java.util.concurrent 包下的 BlockingQueue（如 ArrayBlockingQueue），更簡潔高效。