疯狂Java学习笔记(65)---------线程协作

线程间协作的两种方式:wait、notify、notifyAll和Condition

 

在前面我们将了很多关于同步的问题,然而在现实中,需要线程之间的协作。比如说最经典的生产者-消费者模型:当队列满时,生产者需要等待队列有空间才能继续往里面放入商品,而在等待的期间内,生产者必须释放对临界资源(即队列)的占用权。因为生产者如果不释放对临界资源的占用权,那么消费者就无法消费队列中的商品,就不会让队列有空间,那么生产者就会一直无限等待下去。因此,一般情况下,当队列满时,会让生产者交出对临界资源的占用权,并进入挂起状态。然后等待消费者消费了商品,然后消费者通知生产者队列有空间了。同样地,当队列空时,消费者也必须等待,等待生产者通知它队列中有商品了。这种互相通信的过程就是线程间的协作。

  今天我们就来探讨一下Java中线程协作的最常见的两种方式:利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition

  以下是本文目录大纲:

  一.wait()、notify()和notifyAll()

  二.Condition

  三.生产者-消费者模型的实现

  

 

一.wait()、notify()和notifyAll()

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

 
 
/**

 * 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

 */

<span style="color:#ff0000;"><strong>public final native void notify();</strong>
</span>
 

/**

 * 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.

 */

<span style="color:#ff0000;"><strong>public final native void notifyAll();
</strong></span>
 

/**

 * 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. 

 */
<span style="color:#ff0000;"><strong>
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;</strong></span>

   从这三个方法的文字描述可以知道以下几点信息:

 

  1)wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,并且为final方法,无法被重写。

  2)调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞,并且当前线程必须拥有此对象的monitor(即锁)

  3)调用某个对象的notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程,如果有多个线程都在等待这个对象的monitor,则只能唤醒其中一个线程;

  4)调用notifyAll()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程;

 

  有朋友可能会有疑问:为何这三个不是Thread类声明中的方法,而是Object类中声明的方法(当然由于Thread类继承了Object类,所以Thread也可以调用者三个方法)?其实这个问题很简单,由于每个对象都拥有monitor(即锁),所以让当前线程等待某个对象的锁,当然应该通过这个对象来操作了。而不是用当前线程来操作,因为当前线程可能会等待多个线程的锁,如果通过线程来操作,就非常复杂了。

  上面已经提到,如果调用某个对象的wait()方法,当前线程必须拥有这个对象的monitor(即锁),因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行(synchronized块或者synchronized方法)。

  调用某个对象的wait()方法,相当于让当前线程交出此对象的monitor,然后进入等待状态,等待后续再次获得此对象的锁(Thread类中的sleep方法使当前线程暂停执行一段时间,从而让其他线程有机会继续执行,但它并不释放对象锁);

  notify()方法能够唤醒一个正在等待该对象的monitor的线程,当有多个线程都在等待该对象的monitor的话,则只能唤醒其中一个线程,具体唤醒哪个线程则不得而知。

  同样地,调用某个对象的notify()方法,当前线程也必须拥有这个对象的monitor,因此调用notify()方法必须在同步块或者同步方法中进行(synchronized块或者synchronized方法)。

  nofityAll()方法能够唤醒所有正在等待该对象的monitor的线程,这一点与notify()方法是不同的。

  这里要注意一点:notify()和notifyAll()方法只是唤醒等待该对象的monitor的线程,并不决定哪个线程能够获取到monitor。

  举个简单的例子:假如有三个线程Thread1、Thread2和Thread3都在等待对象objectA的monitor,此时Thread4拥有对象objectA的monitor,当在Thread4中调用objectA.notify()方法之后,Thread1、Thread2和Thread3只有一个能被唤醒。注意,被唤醒不等于立刻就获取了objectA的monitor。假若在Thread4中调用objectA.notifyAll()方法,则Thread1、Thread2和Thread3三个线程都会被唤醒,至于哪个线程接下来能够获取到objectA的monitor就具体依赖于操作系统的调度了。

  上面尤其要注意一点,一个线程被唤醒不代表立即获取了对象的monitor,只有等调用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized块,释放对象锁后,其余线程才可获得锁执行。

下面看一个例子就明白了:

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("线程"+Thread.currentThread().getName()+"获取到了锁");

            }

        }

    }

     

    static class Thread2 extends Thread{

        @Override

        public void run() {

            synchronized (object) {

                object.notify();

                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"调用了object.notify()");

            }

            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"释放了锁");

        }

    }

}
 

   无论运行多少次,运行结果必定是:

线程Thread-1调用了object.notify()
线程Thread-1释放了锁
线程Thread-0获取到了锁

二.Condition

  Condition是在java 1.5中才出现的,它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition1的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用Condition,在阻塞队列那一篇博文中就讲述到了,阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。

  • Condition是个接口,基本的方法就是await()和signal()方法;
  • Condition依赖于Lock接口,生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition() 
  •  调用Condition的await()和signal()方法,都必须在lock保护之内,就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用

  Conditon中的await()对应Object的wait();

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

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

三.生产者-消费者模型的实现

1.使用Object的wait()和notify()实现:

 
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("队列空,等待数据");

                            queue.wait();

                        } catch (InterruptedException e) {

                            e.printStackTrace();

                            queue.notify();

                        }

                    }

                    queue.poll();          //每次移走队首元素

                    queue.notify();

                    System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");

                }

            }

        }

    }

      

    class Producer extends Thread{

          

        @Override

        public void run() {

            produce();

        }

          

        private void produce() {

            while(true){

                synchronized (queue) {

                    while(queue.size() == queueSize){

                        try {

                            System.out.println("队列满,等待有空余空间");

                            queue.wait();

                        } catch (InterruptedException e) {

                            e.printStackTrace();

                            queue.notify();

                        }

                    }

                    queue.offer(1);        //每次插入一个元素

                    queue.notify();

                    System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));

                }

            }

        }

    }

}

 2.使用Condition实现

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("队列空,等待数据");

                            notEmpty.await();

                        } catch (InterruptedException e) {

                            e.printStackTrace();

                        }

                    }

                    queue.poll();                //每次移走队首元素

                    notFull.signal();

                    System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");

                } 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("队列满,等待有空余空间");

                            notFull.await();

                        } catch (InterruptedException e) {

                            e.printStackTrace();

                        }

                    }

                    queue.offer(1);        //每次插入一个元素

                    notEmpty.signal();

                    System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));

                } finally{

                    lock.unlock();

                }

            }

        }

    }

}

 

  参考资料:

  《Java编程思想》

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

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

 

       若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正。

 本文借鉴于:

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

 

 

郑重声明:本站内容如果来自互联网及其他传播媒体,其版权均属原媒体及文章作者所有。转载目的在于传递更多信息及用于网络分享,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。