防止双线程程序中的死锁

Question

假设我有以下代码，其中一个线程生成正方形并将它们写入缓冲区，而另一个线程打印它们：

import java.util.*;

public class Something {

public static Buffer buffer = new Buffer();

public static class Buffer {

    private int[] buffer;
    private static final int size = 10;

    //Indexes for putting and taking element form buffer
    private int in, out;

    //Number of elements in buffer
    private int k;

    public Buffer() {
        buffer = new int[size];
        in = 0;
        out = 0;
        k = 0;
    }

    public synchronized void put(int e) {
        try {
            while (k == buffer.length) {
                wait();
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
        }
        buffer[in] = e;
        k++;
        in = ++in % size;
        notifyAll();
    }

    public synchronized int take() {
        try {
            while (k == 0) {
                wait();
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
        }
        int e = buffer[out];
        buffer[out] = 0;
        out = ++out % size;
        k--;
        notifyAll();
        return e;
    }

    public synchronized boolean notEmpty() {
        return k != 0;
    }

}

public static class Generator implements Runnable {

    int limit;

    public Generator(int lim) {
        limit= lim;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i < limit; i++) {
            buffer.put(i * i);
        }
    }
}

public static class Printer implements Runnable {

    private Thread[] generators;

    public Printer(Thread[] gen) {
        generators = gen;
    }

    public synchronized boolean nobody() {
        for (Thread th : generators) {
            if (th.isAlive()) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    @Override
    public void run() {
        int x = 0;
        while (!nobody() || buffer.notEmpty()) {
            x = buffer.take();
            System.out.println(x);
        }
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread generator = new Thread(new Generator(69));
    Thread printer = new Thread(new Printer(new Thread[]{generator}));

    generator.start();
    printer.start();

    generator.join();
    printer.join();
}

}

生成器应生成数字的平方，直到达到某个限制（在本例中为 limit = 69）。打印机应打印生成器生成的所有值。缓冲区的工作方式有点像环形缓冲区。用于放置 (in) 和获取 (out) 元素的索引在缓冲区大小的范围内循环。 Buffer 具有从缓冲区中放入和取出元素的方法。如果缓冲区已满，则生成器线程无法将元素放入缓冲区（即，没有零元素；为了精确起见，零元素为 0 ...）。打印机以这种方式工作：首先它检查是否有任何活动的生成器线程，然后检查缓冲区是否仅包含零元素。如果这些条件都不成立，打印机线程将终止。

现在，进入正题。我总是打印从 1 到 68 的所有方块，这是该程序的预期输出。但是，在非常罕见的情况下，在输出所有数字后我会遇到死锁。很少见？好吧，也许在 100 次程序执行中有 1 次。我不得不疯狂地在 NetBeans 上不断点击 "F6" 才能陷入僵局。是的，我知道我可以简单地将所有主要代码放入 for 循环中进行测试。相反，如果我在 Printers 的运行方法中注释掉打印行，死锁几乎总是发生。这里：

        @Override
        public void run() {
        int x = 0;
        while (!nobody() || buffer.notEmpty()) {
            x = buffer.take();
            //System.out.println(x);
        }
    }

我不希望出现这种行为，因为元素仍会从缓冲区中取出，生成器应该被唤醒。

为什么会这样？我该如何解决？抱歉，如果问题不够清楚，如果需要，我会尽力澄清。

Answer 1

我想我找到了问题所在。这是我得到的：有一个非常短的时刻，Generator 线程仍然存在（即 Thread.isAlive() 将 return true），但是 Generator 已离开 run() 内的 for 循环。如果 Printer 此时在其 run() 内查询其 while 条件，它将尝试 take() 某些不存在（并且永远不会存在）的东西.事实上，您可以验证 Generator 总是完成，这意味着 Printer 端的终止检测是错误的。对于热修复，您可以简单地添加一个魔法常量 is Printers while condition:

@Override
public void run() {
    int x = 0;
    int count = 0;
    while (++count < 69) {
        x = buffer.take();
        System.out.println(x);
    }
}

对于干净的终止检测，您可以将一些常见的标志变量设置为 false，表示 Generator 已完成工作并且 Printer 可以停止工作。但这必须以同步方式完成，这意味着 Printer 不允许查询此条件，而 Generator 在其最后一个 push 之后，但在设置此公共标志之前.

防止双线程程序中的死锁

Preventing deadlock in two thread program

java

printing

multithreading

synchronization

monitor