使用wait/notify实现生产者/消费者模式遇到的问题，以及求详解notify和notifyAll

[偏安zzcoder]

场景描述：
生产者/消费者模式是进程与线程学习中相当经典的问题，在本文中场景设置如下：
有一个仓库(Repository)，有若干个生产者(Producer)和若干个消费者(Consumer)，生产者可以生产产品(Procuct)并存入(push)仓库，消费者可以从仓库取出(pop)并消费产品。
我希望通过使用synchronize锁机制与wait()/notifyAll()或notify()方法实现，代码如下。但实际测试中发现,当使用notify方法时，线程仅会通知最近使用的线程，时间一长就会变成仅有两个线程在实际运行。而使用notifyAll()方法时，仓库实际产品最大数量仅是创建的生产者的最大数量，却不能达到自己预先定义的最大数量，且线程执行顺序似乎并非随机的而是按照某一固定的顺序去执行。此处暂未想通。目测估计是我的线程唤醒方法调用的位置或者调用的方式有问题，正在努力解决中。求各位大佬帮忙解答。

代码如下：

import java.util.ArrayList;

/**
 * 多生产者多消费者单仓库的生产者消费者模式
 * @author breezefaith
 *
 */
class Product{
	private int productId;

	public Product(int productId) {
		super();
		this.productId = productId;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "Product["+productId+"]";
	}

}

class Repository{
	private int maxSize;
	private ArrayList<Product> list;

	public Repository(int maxSize) {
		super();
		this.maxSize = maxSize;
		list=new ArrayList<>(maxSize);
	}
	public void setMaxSize(int maxSize) {
		if(maxSize<=list.size()) {
			System.err.println("New size is smaller than the original.");
			return;
		}
		ArrayList<Product> newList=new ArrayList<>(maxSize);
		newList.addAll(list);
		list=newList;
	}
	public int getMaxSize() {
		return maxSize;
	}
	public int getCurrentSize() {
		return list.size();
	}
	public void push(Product product) {
		list.add(product);
	}
	public Product pop() {
		return list.remove(0);
	}
}

class Producer extends Thread{
	private Repository repository;
	private static int productId;
	public Producer(Repository repository) {
		super();
		this.repository = repository;
	}

	public Product produce() {
		Product product=new Product(productId++);
		System.out.println("生产者 "+Thread.currentThread().getName()+" 生产了产品 "+product+"，剩余："+(repository.getCurrentSize()+1));
		return product;
	}

	@Override
	public void run() {
		synchronized (repository) {
			try {
				while(true) {
					Thread.sleep(1000);
					if(repository.getCurrentSize()<repository.getMaxSize()) {
						repository.push(produce());
					}else {
						System.err.println("Producer "+Thread.currentThread().getName()+" want to produce a product, but repository is full.");
					}
					repository.notifyAll();
					repository.wait();
				}
			}catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

}

class Consumer extends Thread{
	private Repository repository;

	public Consumer(Repository repository) {
		super();
		this.repository = repository;
	}

	public Product consume() {
		Product product=repository.pop();
		System.out.println("消费者 "+Thread.currentThread().getName()+" 消费了产品 "+product+"，剩余："+repository.getCurrentSize());
		return product;
	}

	@Override
	public void run() {
		synchronized (repository) {
			try {
				while(true) {
					Thread.sleep(1000);
					if(repository.getCurrentSize()>0) {
						consume();
					}else {
						System.err.println("Consumer "+Thread.currentThread().getName()+" consume a product, but repository is empty.");
					}
					repository.notifyAll();
					repository.wait();
				}
			}catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

public class Run {

	public static void main(String[] args) {
		Repository repository=new Repository(3);
		Producer p1=new Producer(repository),
				p2=new Producer(repository),
				p3=new Producer(repository);
		p1.setName("p1");
		p2.setName("p2");
		p3.setName("p3");
		
		Consumer c1=new Consumer(repository),
				c2=new Consumer(repository);
		c1.setName("c1");
		c2.setName("c2");
		
		p1.start();
		p2.start();
		p3.start();
		c1.start();
		c2.start();
	}

}

实验结果之一：
生产者 p1 生产了产品 Product[0]，剩余：1
消费者 c1 消费了产品 Product[0]，剩余：0
Consumer c2 consume a product, but repository is empty.
生产者 p3 生产了产品 Product[1]，剩余：1
生产者 p2 生产了产品 Product[2]，剩余：2
生产者 p3 生产了产品 Product[3]，剩余：3
消费者 c2 消费了产品 Product[1]，剩余：2
消费者 c1 消费了产品 Product[2]，剩余：1
生产者 p1 生产了产品 Product[4]，剩余：2
消费者 c1 消费了产品 Product[3]，剩余：1
消费者 c2 消费了产品 Product[4]，剩余：0
生产者 p3 生产了产品 Product[5]，剩余：1
生产者 p2 生产了产品 Product[6]，剩余：2
生产者 p3 生产了产品 Product[7]，剩余：3
消费者 c2 消费了产品 Product[5]，剩余：2
消费者 c1 消费了产品 Product[6]，剩余：1
生产者 p1 生产了产品 Product[8]，剩余：2

[偏安zzcoder]

引用 5 楼 dgqjava的回复:

[quote=引用 4 楼 kingslave1 的回复:] [quote=引用 3 楼 dgqjava 的回复:] [quote=引用 2 楼 kingslave1 的回复:] [quote=引用 1 楼 dgqjava 的回复:] 代码并没有什么大问题

我觉得在notify和wait的使用细节上可能出问题了，感觉得理解一下这两个方法的具体实现[/quote] 没发现你的输出结果有你说的问题啊[/quote] 你自己copy这段代码，然后new Repository时把3改成10就会发现问题了，我贴的代码刚好仓库最大容量也为3，所以你看不出来。另外运行时间长了以后就会发现他执行顺序上的规律，你看我上面的结果是不是基本稳定在“3个生产者->2个消费者->1个生产者->2个消费者”，所以他的实际容量永远不会超过生产者的数量3。这让我很郁闷[/quote] 是这样的, 由于同步代码的存在 因此同一时间只有一个生产者或者消费者在工作 当前工作的线程notifyall之后所有其他线程从等待池进入到锁池等待获取锁 当前工作线程wait之后 锁池里的线程开始获取锁并得到执行机会 这个获取锁的顺序是和底层实现相关的 目前的实现看起来这个池就相当于是一个队列 因此造成的结果就是一个生产者生成结束之后 其他被notify的所有线程会依次得到一次执行机会 因此产品数量不会超过生产者的数量[/quote] 感谢，我也觉得是底层实现上的问题，但是有点想不通，现在多少有点明白了

[dgqjava]

代码并没有什么大问题

[偏安zzcoder]

引用 1 楼 dgqjava 的回复:

代码并没有什么大问题

我觉得在notify和wait的使用细节上可能出问题了，感觉得理解一下这两个方法的具体实现

[dgqjava]

引用 2 楼 kingslave1 的回复:

[quote=引用 1 楼 dgqjava 的回复:] 代码并没有什么大问题

我觉得在notify和wait的使用细节上可能出问题了，感觉得理解一下这两个方法的具体实现[/quote] 没发现你的输出结果有你说的问题啊

[偏安zzcoder]

引用 3 楼 dgqjava 的回复:

[quote=引用 2 楼 kingslave1 的回复:] [quote=引用 1 楼 dgqjava 的回复:] 代码并没有什么大问题

我觉得在notify和wait的使用细节上可能出问题了，感觉得理解一下这两个方法的具体实现[/quote] 没发现你的输出结果有你说的问题啊[/quote] 你自己copy这段代码，然后new Repository时把3改成10就会发现问题了，我贴的代码刚好仓库最大容量也为3，所以你看不出来。另外运行时间长了以后就会发现他执行顺序上的规律，你看我上面的结果是不是基本稳定在“3个生产者->2个消费者->1个生产者->2个消费者”，所以他的实际容量永远不会超过生产者的数量3。这让我很郁闷

[dgqjava]

引用 4 楼 kingslave1 的回复:

[quote=引用 3 楼 dgqjava 的回复:] [quote=引用 2 楼 kingslave1 的回复:] [quote=引用 1 楼 dgqjava 的回复:] 代码并没有什么大问题

我觉得在notify和wait的使用细节上可能出问题了，感觉得理解一下这两个方法的具体实现[/quote] 没发现你的输出结果有你说的问题啊[/quote] 你自己copy这段代码，然后new Repository时把3改成10就会发现问题了，我贴的代码刚好仓库最大容量也为3，所以你看不出来。另外运行时间长了以后就会发现他执行顺序上的规律，你看我上面的结果是不是基本稳定在“3个生产者->2个消费者->1个生产者->2个消费者”，所以他的实际容量永远不会超过生产者的数量3。这让我很郁闷[/quote] 是这样的, 由于同步代码的存在 因此同一时间只有一个生产者或者消费者在工作 当前工作的线程notifyall之后所有其他线程从等待池进入到锁池等待获取锁 当前工作线程wait之后 锁池里的线程开始获取锁并得到执行机会 这个获取锁的顺序是和底层实现相关的 目前的实现看起来这个池就相当于是一个队列 因此造成的结果就是一个生产者生成结束之后 其他被notify的所有线程会依次得到一次执行机会 因此产品数量不会超过生产者的数量