Java内置锁的核心原理(一)
Java内置锁的核心原理
Java内置锁是一个互斥锁，这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁，当线程B尝试去获得线程A持有的内置锁时，线程B必须等待或者阻塞，直到线程A释放这个锁，如果A线程不释放这个锁，那么B线程将永远等待下去。
Java中每个对象都可以用做锁，这些锁成为内置锁。线程进入同步代码块或方法时会自动获得该锁，在退出同步代码块或方法时会释放该锁。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法
线程安全问题
什么是线程安全呢？当多个线程并发访问某个Java对象(Object)时，不管系统如何调度这些线程，也不管这些线程将如何交替操作，这个Object都能表现出一致的、正确的行为，那么对这个Object的操作是线程安全的。如果这个Object表现出不一致的、错误的行为，那么对这个Object的操作不是线程安全的，发生了线程的安全问题。
自增运算不是线程安全的
1.线程安全小实验
为了说清楚问题，这里先提供一下以上实验的代码：10条线程并行运行，对一个共享数据进行自增运算，每条线程自增运算1000次，具体的代码如下：
public class NotSafePlus{ private Integer amount = 0; //自增 public void selfPlus(){ amount++; } public Integer getAmount(){ return amount; }}
以上的测试不安全的累加器NotSafePlus的测试用例，大致如下：
public class PlusTest{ final int MAX_TREAD = 10; final int MAX_TURN = 1000; CountDownLatch latch = new CountDownLatch(MAX_TREAD); /** * 测试用例：测试不安全的累加器 */ @org.junit.Test public void testNotSafePlus() throws InterruptedException{ NotSafePlus counter = new NotSafePlus(); Runnable runnable = () -> { for(int i = 0; i < MAX_TURM; i++){ counter.selfPlus(); } latch.countDown(); }; for(int i = 0; i < MAX_TREAD; i++){ new Thread(runnable).start(); } latch.await(); Print.tcfo("理论结果：" + MAX_TURN * MAX_TREAD); Print.tcfo("实际结果：" + counter.getAmount()); Print.tcfo("差距是：" + (MAX_TURN * MAX_TREAD - counter.getAmount())); }}
运行程序，输出的结果是：
[main|PlusTest.testNotSafePlus]：理论结果：10000[main|PlusTest.testNotSafePlus]：实际结果：2949[main|PlusTest.testNotSafePlus]：差距是：7051
通过结果可以看出：总计自增 10000 次，结果少了 2994 多次，差距在 30%左右。当然，这只是一次结果，每一次运行，差距都是不同的，大家可以动手运行体验一下。总之，从结果可以看出，对 NotSafePlus 的 amount 成员的“++”运算在多线程并发执行场景下出现了不一致的、错误的行为，自增运算符“++”不是线程安全的。 以上代码中，为了获得 10 个线程的结果，主线程通过 CountDownLatch（倒数闩）工具类，进行了并发线程的等待。
CountDownLatch（倒数闩）是一个非常实用的等待多线程并发的工具类。调用线程可以在倒数闩上进行等待，一直等待倒数闩的次数减少到 0，才继续往下执行。每一个被等线程执行完成之后，进行一次倒数。所有的被等线程执行完成之后，倒数闩的次数减少到 0，调用线程可以往下执行，从而达到一个并发等待的效果。
在使用 CountDownLatch 时，先创建了一个 CountDownLatch 实例，设置其倒数的总数（例子中值为 10），这表示等待 10 个线程执行完成。主线程通过调用 latch.await()在倒数闩实例上执行等待，等到 latch 实例的倒数到 0，才能继续执行。
2.原因分析：自增运算不是线程安全的
为什么自增运算符不是线程安全的呢？实际上，一个自增运算符是一个复合操作，至少包括三个JVM 指令：“内存取值”“寄存器增加 1”“存值到内存”。这三个指令在 JVM 内部是独立进行的，中间完全可能会出现多个线程并发进行。 比如在 amount=100 时，假设有三个线程读同一时间取 amount 值，读到的都是 100，增加 1后结果为 101，三个线程都将结果存入到 amount 的内存， amount 的结果是 101，而不是 103。
而三个 JVM 指令“内存取值”“寄存器增加 1”“存值到内存”是不可以再分的，这三个操作具备原子性，是线程安全的，也叫原子操作。两个或者两个以上的原子操作合在一起进行操作，就不在具备原子性。比如先读后写，那么就有可能在读之后，这个变量被修改过，写入后就出现了数据不一致的情况。
1.2 临界区资源与临界区代码段
Java 工程师在进行代码开发时，常常倾向于认为代码会以线性的、串行的方式执行，常常容易忽视了多个线程并行执行，这就会导致意想不到的结果。 前面的线程安全小实验，展示了在多个线程操作相同资源（如变量、数组或者对象）时候，就可能出现线程安全问题。一般来说，只在多个线程对这个资源进行写操作的时候才会出现问题，如果是简单的读操作，不改变资源的话，显然是不会出现问题的。 临界区资源表示一种可以被多个线程使用的公共资源或共享数据，但是每一次只能有一个线程使用它。一旦临界区资源被占用，想使用该资源的其他线程必须等待。 在并发情况下，临界区资源是受保护的对象。临界区代码段（Critical Section）是每个线程中访问临界资源的那段代码，多个线程必须互斥地对临界区资源进行访问。线程进入临界区代码段之前，必须在进入区申请资源，申请成功之后进行临界区代码段，执行完成之后释放资源。临界区代码段（Critical Section）的进入和退出，具体如图所示。
竟态条件(Race Conditions)是可能在由于在访问Critical Section时没有互斥的访问而导致的特殊情况。如果多个线程在Critical Section的并发执行结果，可能因为代码的执行顺序不同而出现不同的结果，我们就说这时候在临界区出现了竞态条件问题。
前面的线程安全小实验的代码中，amount为临界区资源，selfPlus()可以理解为临界区代码段(Critical Section)，具体如下：
public class NotSafePlus{ private Integer amount = 0; //临界区资源 //临界区代码段(Critical Section) public void selfPlus(){ amount++; }}
当多个线程访问临界区selfPlus()方法时，就会出现竞态条件(Race Condition)的问题。更标准的说，当两个或多个线程竞争同一个资源时，对资源的访问顺序就变得非常关键。
为了避免竞态条件的问题，我们必须保证Critical Section操作必须具备排他性。这就意味着一个线程进入Critical Section执行时，其他线程不能进入Critical Section执行。
在Java中，我们可以使用synchronized关键字同步代码块，对Critical Section进行排他性保护，示意代码如下：
synchronized(synObject){ //critical section}
在Java中，使用synchronized关键字，还可以使用Lock显式锁实例，或者使用原子变量(Atomic Variables)。对Critical Section 进行排他性保护。Lock显式锁、原子变量将在后续介绍，本章首先介绍synchronized关键字。
synchronized关键字
Java中，线程同步使用最多的方法是——使用synchronized关键字。每个Java对象都隐含有一把锁，这里称之为Java内置锁(或者对象锁、隐式锁)。使用synchronized(syncObject)调用相当于获取syncObject的内置锁，所以，可以使用内置锁对Critical Section进行排他性保护。
synchronized 同步方法
synchronized关键字是Java的保留字，当使用synchronized关键字修饰一个方法的时候，该方法被声明为了同步方法，具体的例子如下
//同步方法public synchronized void selfPlus(){ amount++;}
关键字 synchronized 的位置处于同步方法的返回类型之前。回到前面的线程安全小实验，现在使用 synchronized 关键字对 Critical Section 其进行保护，代码如下：
public class SafePlus{ private Integer amount = 0; public void selfPlus(){ synchronized (this){ amount++; } } public Integer getAmount(){ return amount; }}
再次运行测试用例程序，累加 10000 此之后，最终的结果不再有偏差，与预期的结果（10000）是相同的。 在方法声明中设置 synchronized 同步关键字，保证了其方法的代码执行流程是排他性的。任何时间只允许一条线程进入同步方法（临界区代码段），如果其他线程都需要执行同一个方法，那么对不起，其他的线程只能等待和排队。
synchronized 同步块
对于小的临界区，我们直接在方法声明中设置synchronized同步关键字，可以避免竞态条件(Race Conditions)的问题。但是对于较大的临界区代码段，我们为了执行效率，最好将同步方法分为小的临界区代码段。我们通过下面这个例子来具体讲述：
public class TwoPlus{ private int sum1 = 0; private int sum2 = 0; //同步方法 public synchronized void plus(int val1, int val2){ //临界区代码段 this.sum1 += val1; this.sum2 += val2; }}
在以上代码中，临界区代码段包含了对两个临界区资源的操作，这两个临界区资源分别为sum1、 sum2。使用 synchronized 对 plus(int val1, int val2)进行同步保护之后，进入临界区代码段的线程拥有 sum1、 sum2 的操作权，并且是全部占用。一旦线程进入，当线程在操作 sum1 而没有操作 sum2 时，也将 sum2 的操作权白白占用，其他的线程由于没有进入临界区而只能看着 sum2被闲置而不能去执行操作。 所以，将 synchronized 加在方法上，如果其保护的临界区代码段包含的临界区资源（要求是相互独立的）多于一个，会造成临界区资源的闲置等待，这就会影响临界区代码段的吞吐量。为了提升吞吐量，可以将 synchronized 关键字放在函数体内，同步一个代码块。 synchronized 同步块的写法是：
在synchronized 同步块后边的括号中，是一个 syncObject 对象，代表着进入临界区代码段需要获取 syncObject 对象的监视锁，或者说将 syncObject 对象监视锁做为临界区代码段的同步锁。由于每一个 Java 对象都有一把监视锁（Monitor），所以任何 Java 对象都能作为 synchronized 的同步锁。 单个线程在 synchronized 同步块后边同步锁后，方能进入临界区代码段；反过来说，当一条线程获得 syncObject 对象的监视锁，其他线程就只能等待。 使用 synchronized 同步块对上面的 TwoPlus 类进行吞吐量的提升改造，具体的代码如下：
public class TwoPlus{ private int sum1 = 0; private int sum2 = 0; private Integer sum1Lock = new Integer(1);//同步锁一 private Integer sum2Lock = new Integer(2);//同步锁二 public void plus(int val1, int val2){ //同步块1 synchronized(this.sum1Lock){ this.sum1 += val1; } //同步块2 synchronized(this.sum2Lock){ this.sum2 += val2; } }}
改造之后，对两个独立的临界区资源 sum1 、 sum2 的加法操作可以并发执行了，在某一个时刻，不同的线程可以对 sum1 、 sum2 的同时进行加法操作，提升了 plus（ ）方法的吞吐量。
在 TwoPlus 代码中，由于同步块 1、同步块 2 保护着两个独立的临界区代码段，需要两把不同的 syncObject 对象锁，所以， TwoPlus 代码新加了 sum1Lock 、 sum2Lock 两个新的成员属性。这两个属性没有参与业务处理， TwoPlus 仅仅利用了 sum1Lock 、 sum2Lock的内置锁功能。 synchronized 方法和 synchronized 同步块，有啥区别呢？总体来说， synchronized 方法是一种粗粒度的并发控制，某一时刻只能有一条线程执行该 synchronized 方法；而 synchronized 代码块则是一种细粒度的并发控制，处于 synchronized 块之外的其他代码，是可以被多条线程并发访问的。在一个方法中，并不一定所有代码都是临界区代码段，可能只有几行代码会涉及到线程同步问题。所以 synchronized 代码块比 synchronized 方法更加细粒度地控制了多条线程的同步访问。 synchronized 方法和 synchronized 代码块有什么联系呢？在 Java 的内部实现上， synchronized方法实际上等同于用一个 synchronized 代码块，这个代码块包含了同步方法中的所有语句，然后在 synchronized 代码块的括号中传入 this 关键字，使用 this 对象锁作为进入临界区的同步锁。
例如，下面两种实现多线程同步的plus方法版本，编译成JVM内部字节码后，结果是一样的。 版本一，使用 synchronized 代码块进行方法内部全部代码的保护，具体代码如下：
public void plus(){ synchronized(this){//进行方法内部全部代码的保护 amount++; }}
版本二， synchronized 方法进行方法内部全部代码的保护，具体代码如下：
public synchronized void plus(){ amount++;}
综上所述，synchronized方法的同步锁实质上是使用了this对象锁，这样就免去了手工设置同步锁的工作。而使用synchronized代码块，则需要手工设置同步锁。
静态方法的同步调用
在 Java 世界里一切皆对象。 Java 有两种对象： Object 实例对象和 Class 对象。每个类的运行时的类型信息，用 Class 对象表示的，它包含了与类名称、 继承关系、字段、方法有关的信息。JVM 将一个类加载入自己的方法区内存时，都会为其创建一个 Class 对象，对于一个类来说其Class 对象也是唯一的。 Class 类没有公共的构造方法， Class 对象是在类加载的时候由 Java 虚拟机调用类加载器中的defineClass 方法自动构造的，因此不能显式地声明一个 Class 对象。 所有的类都是在第一次使用时，被动态加载到 JVM 中（懒加载），其各个类都是在必需时才加载的。这一点与许多传统语言（如 C++）都不同，动态加载使能的行为，使得类加载器首先检查这个类的 Class 对象是否已经被加载。如果尚未加载，类加载器会根据类的全限定名查找.class文件，验证后加载到 JVM 的方法区内存，并构造其对应的 Class 对象。 普通的 synchronized 实例方法，其同步锁是当前对象 this 的监视锁。那么，如果某个synchronized 方法是 static 静态方法，而不是普通的对象实例方法，其同步锁又是什么呢？下面展示一个使用 synchronized 关键字修饰 static 静态方法的例子，具体如下：
public class SafeStaticMethodPlus{ private static Integer amount = 0; public static synchronized void selfPlus(){ amount++; } public Integer getAmount(){ return amount; }}
大家都知道，静态方法属于Class实例而不是单个Object实例，在静态方法内部是不可以访问Object实例的this引用(也叫指针、句柄)。所以，修饰static静态方法synchronized关键字就没有办法获得Object实例的this对象的监视锁。
实际上，使用synchronized关键字修饰static静态方法时，synchronized的同步锁并不是普通Object对象的监视锁(Monitor)，而是类所对应的Class对象的监视锁。
为了以示区分，这里将Object对象的监视锁(Monitor)叫做对象锁，将Class对象的监视锁(Monitor)叫做类锁。当synchronized关键字修饰static静态方法时，同步锁为类锁；synchronized关键字修饰普通的成员变量方法(非静态方法)时，同步锁为对象锁。由于类的对象实例可以有很多，但是每个类只有一个Class实例，所以使用类锁作为synchronized的同步锁时，会造成同一个JVM内的所有线程，只能互斥进入临界区段。
//对 JVM 内的所有线程同步public static synchronized void selfPlus(){ //临界区代码块}
所以，使用synchronized关键字修饰static静态方法时，一个JVM内所有争用线程公用一把锁，是非常粗粒度的同步机制。
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但如果使用对象锁，并且
JVM内的争用线程所争用的是不同对象锁，则争用线程可以同步进入临界区，锁的粒度就变细； -
当然，如果
JVM内的争用线程争用的还是同一把对象锁，则也只能互斥进入临界区段，同样是非常粗粒度的同步机制。
通过synchronized关键字所抢占的同步锁，什么时候释放呢？
一种场景是synchronized块(代码块或者方法)正确执行完毕，监视锁自动释放。另一种场景是程序出现异常，非正常退出synchronized块，监视锁也会自动释放。所以，使用synchronized块时不必担心监视锁的释放问题。
生产者消费者问题
生产者消费者问题（ Producer-Consumer Problem），也称有限缓冲问题（ Bounded-Buffer Problem），是一个多线程同步问题的经典案例。 生产者消费者问题描述了两类访问共享缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者线程的主要功能是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。 消费者线程的主要功能是从缓冲区提取（或消耗）数据。 生产者消费者问题关键： （1）保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。 （2）保证在生产者加入过程、消费者消耗过程中，不会产生错误的数据和行为。 生产者消费者问题不仅仅是一个多线程同步问题的经典案例，而且业内已经将解决该问题的方案，抽象成为了一种设计模式——“生产者-消费者”模式。“生产者-消费者”模式是一个经典的多线程设计模式. 它为多线程间的协作提供了良好的解决方案。
生产者和消费者模式中，至少有以下关键点： （1）生产者与生产者之间、消费者与消费者之间，对数据缓冲区（ DataBuffer）的操作是并发进行的。 （2）数据缓冲区（DataBuffer）是有容量上限的。 DataBuffer 满后，生产者不能再加入数据；DataBuffer 空时，消费者不能再取出数据。 （3）数据缓冲区（DataBuffer）是线程安全的。在并发操作数据区的过程当中，不能出现数据不一致情况；或者在多个线程并发更改共享数据后，不会造成脏数据情况出现。 （4）生产者或者消费者线程在空闲时，需要尽可能阻塞而不是执行无效的空操作，尽量节约CPU 资源。
一个线程不安全的实现版本
1. 不是线程安全的数据缓冲区（DataBuffer）类
//共享数据区，类定义class NotSafeDataBuffer{ public static final int MAX_AMOUNT = 10; private List dadaList = new LinkedList(); //保存数量 private AtomicInteger amount = new AtomicInteger(0); //向数据区增加一个元素 public void add(T element) throws Exception{ if(amount.get() > MAX_AMOUNT){ Print.tcfo("队列已经满了！"); return; } dataList.add(element); Print.tcfo(element + ""); amount.incrementAndGet(); //如果数据不一致，抛出异常 if(amount.get() != dataList.size()){ throw new Exception(amount + "!=" + dataList.size()); } } //从数据区取出一个元素 public T fetch() throws Exception{ if(amount.get() <= 0){ Print.tcfo(element + ""); amount.decrementAndGet(); //如果数据不一致，抛出异常 if(amount.get() != dataList.size()){ throw new Exception(amount + "!=" + dataList.size()); } return element; } }}
DataBuffer 类型的实例属性 dataList 保存具体数据元素，实例属性 amount 保存元素的数量。DataBuffer 类型有两个实例方法，实例方法 add( )用于向数据区增加元素； 实例方法 fetch()用于从数据区消耗元素。
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在 add( )实例方法中，加入元素之前首先会对 amount 是否达到上限进行判断，如果数据区满，则不能加入数据；
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在 fetch()实例方法中，消耗元素前首先会对 amount 否大于零进行判断，如果数据区空，则不能取出数据。
2. 生产者、消费者的逻辑与动作解耦
生产者-消费者模式有多个不同版本的实现，这些版本的区别在于数据缓冲区（DataBuffer）类以及相应的生产、消费动作（Action）不同，而生产者类、消费者类的执行逻辑是相同的。分离变与不变，是软件设计的一个基本原则。现在将生产者类、消费者类与具体的生产、消费 Action 解耦，从而使得生产者类、消费者类的代码在后续可以复用。 生产者、消费者逻辑与对应 Action 解耦后的类结构图，具体如图所示。
“分离变与不变”原则的背后，蕴藏着丰富的软件工程思想，例如：信息的分装与隐藏、系统的模块化、使用分层构架等等。其中“变”是指易变的代码或者模块，“不变”就是指系统中不易变化的部分。在解耦后的生产者-消费者模式结构中，不变的部分为生产者类 Producer、消费者类 Consumer，后续可以直接复用，不需要修改代码；变化的部分为数据缓冲区（DataBuffer）类以及相应的生产和消费动作，后续不同的生产者-消费者实现版本，只要编写各自的 DataBuffer和 Action 实现即可。
3. 通用的 Producer 类实现
通用 Producer 类组合了一个 Callable 类型的成员 action 实例，代表了生产数据所需要执行的实际动作，需要在构造 Producer 实例时传入。通用生产者类的代码，具体如下：
public class Producer implements Runnable{ //生产的时间间隔，产一次等待的时间，默认为200ms public static final int PRODUCE_GAP = 200; //总次数 static final AtomicInteger TRUN = new AtomicInteger(0); //生产者对象编号 static final AtomicInteger PRODUCER_NO = new AtomicInteger(1); //生产者名称 String name = null; //生产的动作 Callable action = null; int gap = PRODUCE_GAP; public Producer(Callable action, int gap){ this.action = action; this.gap = gap; if(this.gap <= 0){ this.gap = PRODUCE_GAP; } name = "生产者-" + PRODUCER_NO.incrementAndGet(); } public Producer(Callable action){ this.action = action; this.gap = PRODUCE_GAP; name = "生产者-" + PRODUCER_NO.incrementAndGet(); } public Producer(Callable action){ this.action = action; this.gap = PRODUCE_GAP; name = "生产者-" + PRODUCER_NO.incrementAndGet(); } @Override public void run(){ while(true){ try{ //执行生产的动作 Object out = action.call(); //输出生产的结果 if(null != out){ Print.tcfo("第" + TRUN.get() + "轮生产：" + out); } //每一轮生产之后，稍微等待一下 sleepMilliSeconds(gap); //增加生产轮次 TRUN.incrementAndGet(); } catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } }}
4. 通用的 Consumer 类实现 通用 Consumer 类也组合了一个 Callable 类型的成员 action 实例，代表了消费者所需要执行的实际消耗动作，需要在构造 Consumer 实例时传入。通用 Consumer 类的代码，具体如下：
public class Consumer implements Runnable{ //消费的时间间隔，默认等待100毫秒 public static final int CONSUME_GAP = 100; //消费总次数 static final AtomicInteger TURN = new AtomicInteger(0); //消费者对象编号 static final AtomicInteger CONSUMER_NO = new AtomicInteger(1); //消费者名称 String name; //消费的动作 Callable action = null; //消费一次等待的时间，默认为1000ms int gap = CONSUMER_GAP; public Consumer(Callable action, int gap){ this.action = action; this.gap = gap; name = "消费者-" + CONSUMER_NO.incrementAndGet(); } public Consumer(Callable action){ this.action = action; this.gap = gap; this.gap = CONSUME_GAP; name = "消费者-" + CONSUMER_NO.incrementAndGet(); } @Override public void run(){ while(true){ //增加消费次数 TURN.incrementAndGet(); try{ //执行消费动作 Object out = action.call(); if(null != out){ Print.tcfo("第" + TURN.get() + "轮消费：" + out); } //每一轮消费之后，稍微等待一下 sleepMilliSeconds(gap); } catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } }}
5. 数据区缓冲区实例、生产 Action、消费 Action 的定义
在完成了数据缓冲区类的定义、生产者类定义、消费者类定义之后，接下来定义一下数据缓冲区实例、生产 Action、消费 Action，具体的代码如下：
public class NotSafePetStore{ //共享数据区，实例对象 private static NotSafeDataBuffer notSafeDataBuffer = new NotSafeDataBuffer(); //生产者执行的动作 static Callable produceAction = () -> { //首先生成一个随机的商品 IGoods goods = Goods.produceOne(); //将商品加上共享数据区 try { notSafeDataBuffer.add(goods); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return goods; }; //消费者执行的动作 static Callable consumerAction = () -> { // 从PetStore获取商品 IGoods goods = null; try { goods = notSafeDataBuffer.fetch(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return goods; }; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { System.setErr(System.out); // 同时并发执行的线程数 final int THREAD_TOTAL = 20; //线程池，用于多线程模拟测试 ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_TOTAL); for (int i = 0; i < 5; i++) { //生产者线程每生产一个商品，间隔500ms threadPool.submit(new Producer(produceAction, 500)); //消费者线程每消费一个商品，间隔1500ms threadPool.submit(new Consumer(consumerAction, 1500)); } }}
这里的缓冲区中的具体数据类型，使用一个自定义的 IGoods（商品）类，从而让整个生产者和消费者演示程序，模拟出一个宠物商店的功能。 上面的实现版本 NotSafePetStore.java 中，定义了三个重要的静态成员： （1）数据缓冲区静态实例。以元素类型为 IGoods，定义了一个不安全的 NotSafeDataBuffer数据缓冲区实例。 （2）生产者 Action 静态实例。这是一个 Callable类型的匿名对象，其具体的动作为： 首先调用 Goods.produceOne( )产生一个随机的商品，然后通过调用 notSafeDataBuffer.add( )，方法，将这个随机商品加入数据缓冲区实例中，完成生产者的动作。 （3）消费者 Action 静态实例。这也是一个 Callable类型的匿名对象，其具体的动作为：调用 notSafeDataBuffer.fetch()方法，从数据区取出一个商品，完成消费者的动作。
6. 组装出一个生产者和消费者模式的简单实现版本利用以上 NotSafePetStore 类所定义的三个静态成员，可以快速组装出了一个简单的生产者和消费者模式 Java 实现版本，具体的代码如下：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{ System.setErr(System.out); //同时并发执行的线程数 final int THREAD_TOTAL = 20; //线程池，应用于多线程模拟测试 ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_TOTAL); for(int i = 0; i < 5; i++){ //生产者线程每生产一个商品，间隔500ms threadPool.submit(new Producer(producerAction, 500)); //消费者线程每消费一个商品，间隔1500ms threadPool.submit(new Consumer(comsumerAction, 1500)); }}
在NotSafePetStore 的 main 方法中，利用 for 循环向线程池提交了 5 个生产者线程， 5 个消费者实例。每个生产者实例生产一个商品，间隔 500ms；消费者实例每消费一个商品，间隔 1500ms；也就是说，生产的速度大于消费的速度。 启动main方法，程序开始并发执行，稍微等待一段时间，问题就出来了，部分结果截取如下：
从以上异常可以看出，在向数据缓冲区进行元素的增加或者提取时，多个线程在并发执行对amount、 dataList 两个成员的操作时次序已经混乱，导致了数据不一致现象出现和线程安全问题的产生。