Java併發編程：線程間協做的兩種方式：wait、notify、notifyAll和Condition

時間 2019-11-05

標籤 java 併發編程線程兩種方式 wait notify notifyall condition 欄目 Java 简体版

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Java併發編程：線程間協做的兩種方式：wait、notify、notifyAll和Conditionhtml

　　在前面咱們將了不少關於同步的問題，然而在現實中，須要線程之間的協做。好比說最經典的生產者-消費者模型：當隊列滿時，生產者須要等待隊列有空間才能繼續往裏面放入商品，而在等待的期間內，生產者必須釋放對臨界資源（即隊列）的佔用權。由於生產者若是不釋放對臨界資源的佔用權，那麼消費者就沒法消費隊列中的商品，就不會讓隊列有空間，那麼生產者就會一直無限等待下去。所以，通常狀況下，當隊列滿時，會讓生產者交出對臨界資源的佔用權，並進入掛起狀態。而後等待消費者消費了商品，而後消費者通知生產者隊列有空間了。一樣地，當隊列空時，消費者也必須等待，等待生產者通知它隊列中有商品了。這種互相通訊的過程就是線程間的協做。java

　　今天咱們就來探討一下Java中線程協做的最多見的兩種方式：利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition編程

　　如下是本文目錄大綱：安全

　　一.wait()、notify()和notifyAll()併發

　　二.Conditionide

　　三.生產者-消費者模型的實現this

　　如有不正之處請多多諒解，並歡迎批評指正。spa

　　請尊重做者勞動成果，轉載請標明原文連接：操作系統

　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920385.html.net

一.wait()、notify()和notifyAll()

　　wait()、notify()和notifyAll()是Object類中的方法：

/**
 * Wakes up a single thread that is waiting on this object's 
 * monitor. If any threads are waiting on this object, one of them 
 * is chosen to be awakened. The choice is arbitrary and occurs at 
 * the discretion of the implementation. A thread waits on an object's 
 * monitor by calling one of the wait methods
 */
public final native void notify();

/**
 * Wakes up all threads that are waiting on this object's monitor. A 
 * thread waits on an object's monitor by calling one of the 
 * wait methods.
 */
public final native void notifyAll();

/**
 * Causes the current thread to wait until either another thread invokes the 
 * {@link java.lang.Object#notify()} method or the 
 * {@link java.lang.Object#notifyAll()} method for this object, or a 
 * specified amount of time has elapsed. 
 * <p>
 * The current thread must own this object's monitor. 
 */
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

　　從這三個方法的文字描述能夠知道如下幾點信息：

　　1）wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法，而且爲final方法，沒法被重寫。

　　2）調用某個對象的wait()方法能讓當前線程阻塞，而且當前線程必須擁有此對象的monitor（即鎖）

　　3）調用某個對象的notify()方法可以喚醒一個正在等待這個對象的monitor的線程，若是有多個線程都在等待這個對象的monitor，則只能喚醒其中一個線程；

　　4）調用notifyAll()方法可以喚醒全部正在等待這個對象的monitor的線程；

　　有朋友可能會有疑問：爲什麼這三個不是Thread類聲明中的方法，而是Object類中聲明的方法（固然因爲Thread類繼承了Object類，因此Thread也能夠調用者三個方法）？其實這個問題很簡單，因爲每一個對象都擁有monitor（即鎖），因此讓當前線程等待某個對象的鎖，固然應該經過這個對象來操做了。而不是用當前線程來操做，由於當前線程可能會等待多個線程的鎖，若是經過線程來操做，就很是複雜了。

　　上面已經提到，若是調用某個對象的wait()方法，當前線程必須擁有這個對象的monitor（即鎖），所以調用wait()方法必須在同步塊或者同步方法中進行（synchronized塊或者synchronized方法）。

　　調用某個對象的wait()方法，至關於讓當前線程交出此對象的monitor，而後進入等待狀態，等待後續再次得到此對象的鎖（Thread類中的sleep方法使當前線程暫停執行一段時間，從而讓其餘線程有機會繼續執行，但它並不釋放對象鎖）；

　　notify()方法可以喚醒一個正在等待該對象的monitor的線程，當有多個線程都在等待該對象的monitor的話，則只能喚醒其中一個線程，具體喚醒哪一個線程則不得而知。

　　一樣地，調用某個對象的notify()方法，當前線程也必須擁有這個對象的monitor，所以調用notify()方法必須在同步塊或者同步方法中進行（synchronized塊或者synchronized方法）。

　　nofityAll()方法可以喚醒全部正在等待該對象的monitor的線程，這一點與notify()方法是不一樣的。

　　這裏要注意一點：notify()和notifyAll()方法只是喚醒等待該對象的monitor的線程，並不決定哪一個線程可以獲取到monitor。

　　舉個簡單的例子：假若有三個線程Thread一、Thread2和Thread3都在等待對象objectA的monitor，此時Thread4擁有對象objectA的monitor，當在Thread4中調用objectA.notify()方法以後，Thread一、Thread2和Thread3只有一個能被喚醒。注意，被喚醒不等於馬上就獲取了objectA的monitor。倘若在Thread4中調用objectA.notifyAll()方法，則Thread一、Thread2和Thread3三個線程都會被喚醒，至於哪一個線程接下來可以獲取到objectA的monitor就具體依賴於操做系統的調度了。

　　上面尤爲要注意一點，一個線程被喚醒不表明當即獲取了對象的monitor，只有等調用完notify()或者notifyAll()並退出synchronized塊，釋放對象鎖後，其他線程纔可得到鎖執行。

下面看一個例子就明白了：

public class Test {
	public static Object object = new Object();
	public static void main(String[] args) {
		Thread1 thread1 = new Thread1();
		Thread2 thread2 = new Thread2();
		
		thread1.start();
		
		try {
			Thread.sleep(200);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		thread2.start();
	} 
	
	static class Thread1 extends Thread{
		@Override
		public void run() {
			synchronized (object) {
				try {
					object.wait();
				} catch (InterruptedException e) {
				}
				System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"獲取到了鎖");
			}
		}
	}
	
	static class Thread2 extends Thread{
		@Override
		public void run() {
			synchronized (object) {
				object.notify();
				System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"調用了object.notify()");
			}
			System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"釋放了鎖");
		}
	}
}

　　不管運行多少次，運行結果一定是：

線程Thread-1調用了object.notify()
線程Thread-1釋放了鎖
線程Thread-0獲取到了鎖

View Code

二.Condition

　　Condition是在java 1.5中才出現的，它用來替代傳統的Object的wait()、notify()實現線程間的協做，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition1的await()、signal()這種方式實現線程間協做更加安全和高效。所以一般來講比較推薦使用Condition，在阻塞隊列那一篇博文中就講述到了，阻塞隊列其實是使用了Condition來模擬線程間協做。

Condition是個接口，基本的方法就是await()和signal()方法；
Condition依賴於Lock接口，生成一個Condition的基本代碼是lock.newCondition()
調用Condition的await()和signal()方法，都必須在lock保護以內，就是說必須在lock.lock()和lock.unlock之間纔可使用

　　Conditon中的await()對應Object的wait()；

　　Condition中的signal()對應Object的notify()；

　　Condition中的signalAll()對應Object的notifyAll()。

三.生產者-消費者模型的實現

1.使用Object的wait()和notify()實現：

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
     
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();
         
        producer.start();
        consumer.start();
    }
     
    class Consumer extends Thread{
         
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
         
        private void consume() {
            while(true){
                synchronized (queue) {
                    while(queue.size() == 0){
                        try {
                            System.out.println("隊列空，等待數據");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.poll();          //每次移走隊首元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("從隊列取走一個元素，隊列剩餘"+queue.size()+"個元素");
                }
            }
        }
    }
     
    class Producer extends Thread{
         
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
         
        private void produce() {
            while(true){
                synchronized (queue) {
                    while(queue.size() == queueSize){
                        try {
                            System.out.println("隊列滿，等待有空餘空間");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.offer(1);        //每次插入一個元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("向隊列取中插入一個元素，隊列剩餘空間："+(queueSize-queue.size()));
                }
            }
        }
    }
}

2.使用Condition實現

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition notFull = lock.newCondition();
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();
    
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();
         
        producer.start();
        consumer.start();
    }
     
    class Consumer extends Thread{
         
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
         
        private void consume() {
        	while(true){
        		lock.lock();
            	try {
            		while(queue.size() == 0){
            			try {
            				System.out.println("隊列空，等待數據");
            				notEmpty.await();
    					} catch (InterruptedException e) {
    						e.printStackTrace();
    					}
                    }
            		queue.poll();                //每次移走隊首元素
                    notFull.signal();
                    System.out.println("從隊列取走一個元素，隊列剩餘"+queue.size()+"個元素");
    			} finally{
    				lock.unlock();
    			}
        	}
        }
    }
     
    class Producer extends Thread{
         
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
         
        private void produce() {
        	while(true){
        		lock.lock();
            	try {
            		while(queue.size() == queueSize){
            			try {
            				System.out.println("隊列滿，等待有空餘空間");
            				notFull.await();
    					} catch (InterruptedException e) {
    						e.printStackTrace();
    					}
                    }
            		queue.offer(1);        //每次插入一個元素
                    notEmpty.signal();
                    System.out.println("向隊列取中插入一個元素，隊列剩餘空間："+(queueSize-queue.size()));
    			} finally{
    				lock.unlock();
    			}
        	}
        }
    }
}

　　參考資料：

　　《Java編程思想》

　　http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17225469

　　http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7481142