如何避免 Java 生产者-消费者模型中的死锁问题-java教程-PHP中文网

本文深入剖析多消费者场景下因错误使用 wait/notify 导致的虚假唤醒与竞争条件，指出核心缺陷在于条件检查与操作未在同一个同步块内完成，并提供符合规范的线程安全实现方案。

本文深入剖析多消费者场景下因错误使用 wait/notify 导致的虚假唤醒与竞争条件，指出核心缺陷在于条件检查与操作未在同一个同步块内完成，并提供符合规范的线程安全实现方案。

在 Java 中实现生产者-消费者模式时，若未严格遵循 wait()/notifyAll() 的经典使用范式，极易引发隐蔽死锁或无限等待——程序看似运行，却无任何输出（如题中 Consumer1/Consumer2 完全静默），根本原因并非线程阻塞于锁争用，而是陷入虚假唤醒（spurious wakeup）+ 条件失效（lost condition） 的组合陷阱。

关键问题在于：你的 Consumer1Thread.run() 中，waitOnEmpty() 与后续 peek()/poll() 操作分属不同同步上下文：

// ❌ 错误示范：条件检查与操作分离
while (isEmpty()) {
    waitOnEmpty(); // 在 EMPTY_LOCK 上 wait → 释放锁并挂起
}
// 此处已退出 synchronized(EMPTY_LOCK)，其他线程可修改队列！
Integer num = peek(); // 可能再次为空！
if (num != null && num % 2 == 0) {
    int n = poll(); // 若此时队列为空，poll() 返回 null 或抛异常
    notifyAllForFull();
    System.out.println("Consumer 1 (even): " + n);
}

当两个消费者同时等待 EMPTY_LOCK，生产者插入一个数后调用 notifyAllForEmpty()，两个消费者均被唤醒。但只有一个能成功 poll()，另一个在 peek() 后发现队列已空，却因未再次检查条件而直接执行 poll()（可能返回 null）或陷入无限循环——更糟的是，若 peek() 返回 null 而代码未处理，num % 2 将抛 NullPointerException，线程意外终止。

✅ 正确做法：将条件判断、等待、操作全部置于同一把锁的临界区内，确保原子性：

class NumbersThread extends Thread {
    protected final Queue<integer> numbersQueue;
    private final Object queueLock = new Object(); // 统一使用单锁，简化逻辑
    private final int capacity = 64;

    // ... 构造器等

    protected boolean isEmpty() {
        synchronized (queueLock) {
            return numbersQueue.isEmpty();
        }
    }

    protected boolean isFull() {
        synchronized (queueLock) {
            return numbersQueue.size() >= capacity;
        }
    }

    protected Integer peek() {
        synchronized (queueLock) {
            return numbersQueue.peek();
        }
    }

    protected Integer poll() {
        synchronized (queueLock) {
            return numbersQueue.poll();
        }
    }

    protected void add(Integer n) {
        synchronized (queueLock) {
            numbersQueue.add(n);
        }
    }

    // 等待/通知方法需在 queueLock 上操作（移除 FULL_LOCK/EMPTY_LOCK 两把锁）
    protected void waitForNotFull() throws InterruptedException {
        synchronized (queueLock) {
            while (isFull()) {
                queueLock.wait(); // 等待队列不满
            }
        }
    }

    protected void waitForNotEmpty() throws InterruptedException {
        synchronized (queueLock) {
            while (isEmpty()) {
                queueLock.wait(); // 等待队列非空
            }
        }
    }

    protected void signalAll() {
        synchronized (queueLock) {
            queueLock.notifyAll(); // 通知所有等待者
        }
    }
}</integer>

ProducerThread 改写（关键：notifyAll 在同一锁内）：

Gradle 9.8.0

下载

class ProducerThread extends NumbersThread {
    ProducerThread(Queue<integer> numbersQueue) {
        super(numbersQueue);
    }

    @Override
    public void run() {
        Random rand = new Random();
        try {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                synchronized (queueLock) {
                    while (isFull()) {
                        queueLock.wait();
                    }
                    int num = rand.nextInt(50);
                    numbersQueue.add(num);
                    System.out.println("Produced: " + num);
                    queueLock.notifyAll(); // ✅ 唤醒所有等待者（消费者/其他生产者）
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}</integer>

Consumer1Thread 改写（关键：peek/poll 与条件检查同锁）：

class Consumer1Thread extends NumbersThread {
    Consumer1Thread(Queue<integer> numbersQueue) {
        super(numbersQueue);
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                synchronized (queueLock) {
                    while (isEmpty()) {
                        queueLock.wait();
                    }
                    // ✅ 此时仍在 queueLock 同步块内，队列必不为空
                    Integer num = numbersQueue.peek();
                    if (num != null && num % 2 == 0) {
                        int n = numbersQueue.poll(); // 安全取出
                        System.out.println("Consumer 1 (even): " + n);
                        queueLock.notifyAll(); // 通知生产者或其他消费者
                    }
                    // 若不满足条件（如为奇数），不 poll，继续循环检查
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}</integer>

Consumer2Thread 同理，仅修改条件为 num % 2 != 0。

⚠️ 重要注意事项：