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

時間 2019-12-11

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

原文原文鏈接

多線程除了同步問題外，還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

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。安全

wait()、notify()和notifyAll()

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

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；

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？ide

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。spa

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）。操作系統

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）；線程

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。code

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）。對象

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。接口

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。

舉例：

public class TT6 {
    public static Object object = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Thread0 thread0 = new Thread0();
        Thread1 thread1 = new Thread1();

        thread0.start();
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        thread1.start();
    }

    static class Thread0 extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                try {
                    object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"獲取到了鎖");
            }
        }
    }

    static class Thread1 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");
            }
        }
    }
}

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Condition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。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()。

生產者-消費者模型

使用Object的wait()和notify()實現

public class TT4 {

    public static int queueSize = 10;

    public static Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>(queueSize);

    public static void main(String[] args) {
        Producer producer = new Producer();
        Consumer consumer = new Consumer();

        producer.start();
        consumer.start();
    }

    static class Consumer extends Thread{
        public void run(){
            consume();
        }

        private void consume(){
            while (true){
                synchronized (queue){
                    while (queue.size() == 0){
                        try{
                            System.out.println("queue is null, waiting for data");
                            queue.wait();
                        }catch (InterruptedException e){
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }

                    queue.poll();
                    queue.notify();
                    System.out.println("remove 1 element, left " + queue.size()+ " elements");
                }
            }
        }
    }

    static class Producer extends Thread{
        public void run(){
            produce();
        }

        private void produce(){
            while (true){
                synchronized (queue){
                    while (queue.size() == queueSize){
                        try{
                            System.out.println("queue is full, waiting for more space");
                            queue.wait();
                        }catch (InterruptedException e){
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }

                    queue.offer(1);
                    queue.notify();
                    System.out.println("insert 1 element, left " + (queueSize - queue.size()) + " spaces");
                }
            }
        }
    }
}

使用Condition實現

public class TT4_2 {

    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>(queueSize);
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition notFull = lock.newCondition();
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args)  {
        TT4_2 test = new TT4_2();
        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();
                }
            }
        }
    }
}