Java多線程學習（四）等待/通知（wait/notify）機制
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一 等待/通知機制介紹
1.1 不使用等待/通知機制
當兩個線程之間存在生產和消費者關係，也就是說第一個線程（生產者）作相應的操做而後第二個線程（消費者）感知到了變化又進行相應的操做。好比像下面的whie語句同樣，假設這個value值就是第一個線程操做的結果，doSomething()是第二個線程要作的事，當知足條件value=desire後才執行doSomething()。
可是這裏有個問題就是：第二個語句不停過經過輪詢機制來檢測判斷條件是否成立。若是輪詢時間的間隔過小會浪費CPU資源，輪詢時間的間隔太大，就可能取不到本身想要的數據。因此這裏就須要咱們今天講到的等待/通知（wait/notify）機制來解決這兩個矛盾。
while(value=desire){
doSomething();
}
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1.2 什麼是等待/通知機制？
通俗來說：
等待/通知機制在咱們生活中比比皆是，一個形象的例子就是廚師和服務員之間就存在等待/通知機制。
- 廚師作完一道菜的時間是不肯定的，因此菜到服務員手中的時間是不肯定的；
- 服務員就須要去「等待（wait）」；
- 廚師把菜作完以後，按一下鈴，這裏的按鈴就是「通知（nofity）」；
- 服務員聽到鈴聲以後就知道菜作好了，他能夠去端菜了。
用專業術語講：
等待/通知機制，是指一個線程A調用了對象O的wait()方法進入等待狀態，而另外一個線程B調用了對象O的notify()/notifyAll()方法，線程A收到通知後退出等待隊列，進入可運行狀態，進而執行後續操做。上訴兩個線程經過對象O來完成交互，而對象上的wait()方法和notify()/notifyAll()方法的關係就如同開關信號同樣，用來完成等待方和通知方之間的交互工做。
1.3 等待/通知機制的相關方法
| 方法名稱 | 描述 |
|---|---|
| notify() | 隨機喚醒等待隊列中等待同一共享資源的 「一個線程」，並使該線程退出等待隊列，進入可運行狀態，也就是notify()方法僅通知「一個線程」 |
| notifyAll() | 使全部正在等待隊列中等待同一共享資源的 「所有線程」 退出等待隊列，進入可運行狀態。此時，優先級最高的那個線程最早執行，但也有多是隨機執行，這取決於JVM虛擬機的實現 |
| wait() | 使調用該方法的線程釋放共享資源鎖，而後從運行狀態退出，進入等待隊列，直到被再次喚醒 |
| wait(long) | 超時等待一段時間，這裏的參數時間是毫秒，也就是等待長達n毫秒，若是沒有通知就超時返回 |
| wait(long，int) | 對於超時時間更細力度的控制，能夠達到納秒 |
二 等待/通知機制的實現
2.1 個人第一個等待/通知機制程序
MyList.java
public class MyList {
private static List<String> list = new ArrayList<String>();
public static void add() {
list.add("anyString");
}
public static int size() {
return list.size();
}
}
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ThreadA.java
public class ThreadA extends Thread {
private Object lock;
public ThreadA(Object lock) {
super();
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
try {
synchronized (lock) {
if (MyList.size() != 5) {
System.out.println("wait begin "
+ System.currentTimeMillis());
lock.wait();
System.out.println("wait end "
+ System.currentTimeMillis());
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
複製代碼
ThreadB.java
public class ThreadB extends Thread {
private Object lock;
public ThreadB(Object lock) {
super();
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
try {
synchronized (lock) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
MyList.add();
if (MyList.size() == 5) {
lock.notify();
System.out.println("已發出通知！");
}
System.out.println("添加了" + (i + 1) + "個元素!");
Thread.sleep(1000);
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
複製代碼
Run.java
public class Run {
public static void main(String[] args) {
try {
Object lock = new Object();
ThreadA a = new ThreadA(lock);
a.start();
Thread.sleep(50);
ThreadB b = new ThreadB(lock);
b.start();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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運行結果：
synchronized關鍵字能夠將任何一個Object對象做爲同步對象來看待，而Java爲每一個Object都實現了等待/通知（wait/notify）機制的相關方法，它們必須用在synchronized關鍵字同步的Object的臨界區內。經過調用wait()方法可使處於臨界區內的線程進入等待狀態，同時釋放被同步對象的鎖。而notify()方法能夠喚醒一個因調用wait操做而處於阻塞狀態中的線程，使其進入就緒狀態。被從新喚醒的線程會視圖從新得到臨界區的控制權也就是鎖，並繼續執行wait方法以後的代碼。若是發出notify操做時沒有處於阻塞狀態中的線程，那麼該命令會被忽略。
若是咱們這裏不經過等待/通知（wait/notify）機制實現，而是使用以下的while循環實現的話，咱們上面也講過會有很大的弊端。
while(MyList.size() == 5){
doSomething();
}
複製代碼
2.2線程的基本狀態
上面幾章的學習中咱們已經掌握了與線程有關的大部分API，這些API能夠改變線程對象的狀態。以下圖所示：
-
新建(new)：新建立了一個線程對象。
-
可運行(runnable)：線程對象建立後，其餘線程(好比main線程）調用了該對象的start()方法。該狀態的線程位於可運行線程池中，等待被線程調度選中，獲 取cpu的使用權。
-
運行(running)：可運行狀態(runnable)的線程得到了cpu時間片（timeslice），執行程序代碼。
-
阻塞(block)：阻塞狀態是指線程由於某種緣由放棄了cpu使用權，也即讓出了cpu timeslice，暫時中止運行。直到線程進入可運行(runnable)狀態，纔有 機會再次得到cpu timeslice轉到運行(running)狀態。阻塞的狀況分三種：
(一). 等待阻塞：運行(running)的線程執行o.wait()方法，JVM會把該線程放 入等待隊列(waitting queue)中。
(二). 同步阻塞：運行(running)的線程在獲取對象的同步鎖時，若該同步鎖 被別的線程佔用，則JVM會把該線程放入鎖池(lock pool)中。
(三). 其餘阻塞: 運行(running)的線程執行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法，或者發出了I/O請求時，JVM會把該線程置爲阻塞狀態。當sleep()狀態超時join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，線程從新轉入可運行(runnable)狀態。
-
死亡(dead)：線程run()、main()方法執行結束，或者因異常退出了run()方法，則該線程結束生命週期。死亡的線程不可再次復生。
備註： 能夠用早起坐地鐵來比喻這個過程：
還沒起牀：sleeping
起牀收拾好了，隨時能夠坐地鐵出發：Runnable
等地鐵來：Waiting
地鐵來了，但要排隊上地鐵：I/O阻塞
上了地鐵，發現暫時沒座位：synchronized阻塞
地鐵上找到座位：Running
到達目的地：Dead
2.3 notify()鎖不釋放
當方法wait()被執行後，鎖自動被釋放，但執行玩notify()方法後，鎖不會自動釋放。必須執行完otify()方法所在的synchronized代碼塊後才釋放。
下面咱們經過代碼驗證一下：
（完整代碼：github.com/Snailclimb/…）
帶wait方法的synchronized代碼塊
synchronized (lock) {
System.out.println("begin wait() ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
lock.wait();
System.out.println(" end wait() ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName());
}
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帶notify方法的synchronized代碼塊
synchronized (lock) {
System.out.println("begin notify() ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName() + " time="
+ System.currentTimeMillis());
lock.notify();
Thread.sleep(5000);
System.out.println(" end notify() ThreadName="
+ Thread.currentThread().getName() + " time="
+ System.currentTimeMillis());
}
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若是有三個同一個對象實例的線程a,b,c,a線程執行帶wait方法的synchronized代碼塊而後bb線程執行帶notify方法的synchronized代碼塊緊接着c執行帶notify方法的synchronized代碼塊。
運行效果以下：
2.4 當interrupt方法遇到wait方法
當線程呈wait狀態時，對線程對象調用interrupt方法會出現InterrupedException異常。
Service.java
public class Service {
public void testMethod(Object lock) {
try {
synchronized (lock) {
System.out.println("begin wait()");
lock.wait();
System.out.println(" end wait()");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("出現異常了，由於呈wait狀態的線程被interrupt了！");
}
}
}
複製代碼
ThreadA.java
public class ThreadA extends Thread {
private Object lock;
public ThreadA(Object lock) {
super();
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
Service service = new Service();
service.testMethod(lock);
}
}
複製代碼
Test.java
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try {
Object lock = new Object();
ThreadA a = new ThreadA(lock);
a.start();
Thread.sleep(5000);
a.interrupt();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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運行結果：
參考：
《Java多線程編程核心技術》
《Java併發編程的藝術》
- 1. Java多線程學習（四）等待/通知（wait/notify）機制
- 2. Java多線程學習（五）——等待通知機制
- 3. 多線程 等待/通知機制
- 4. 多線程 等待/通知
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