Java線程間通信之wait/notify

来源:http://www.cnblogs.com/chengxiao/archive/2017/06/18/7043529.html
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Java中的wait/notify/notifyAll可用來實現線程間通信,是Object類的方法,這三個方法都是native方法,是平臺相關的,常用來實現生產者/消費者模式。先來我們來看下相關定義: wait() :調用該方法的線程進入WATTING狀態,只有等待另外線程的通知或中斷才會返回,調用 ...


  Java中的wait/notify/notifyAll可用來實現線程間通信,是Object類的方法,這三個方法都是native方法,是平臺相關的,常用來實現生產者/消費者模式。先來我們來看下相關定義:

    wait() :調用該方法的線程進入WATTING狀態,只有等待另外線程的通知或中斷才會返回,調用wait()方法後,會釋放對象的鎖。

    wait(long):超時等待最多long毫秒,如果沒有通知就超時返回。

    notify() : 通知一個在對象上等待的線程,使其從wait()方法返回,而返回的前提是該線程獲取到了對象的鎖。

    notifyAll():通知所有等待在該對象上的線程。

一個小例子

  我們來模擬個簡單的例子來說明,我們樓下有個小小的餃子館,生意火爆,店裡有一個廚師,一個服務員,為避免廚師每做好一份,服務員端出去一份,效率太低且浪費體力。現假設廚師每做好10份,服務員就用一個大木盤子端給客戶,每天賣夠100份就打烊收工,廚師服務員各自回家休息。

  思考一下,要實現該功能,如果不使用等待/通知機制,那麼最直接的方式可能就是,服務員隔一段時間去廚房看看,滿10份就用盤子端出去。這種方式有兩個很大的弊病:

  1.如果服務員去廚房看的太勤快,服務員太累了,這樣還不如每做一碗就端一碗給客人,大木盤子的作用就體現不出來了。具體表現在實現代碼層面就是:需要不斷的迴圈,浪費處理器資源。

  2.如果服務員隔很久才去廚房看一下,就無法確保及時性了,可能廚師早都做夠10份了,服務員卻沒觀察到。

  針對上面這個例子,使用等待/通知機制就合理的多了,廚師每做夠10份,就喊一聲“餃子好了,可以端走啦”。服務員收到通知,就去廚房將餃子端給客人;廚師還沒做夠,即還沒收到廚師的通知,就可以稍微休息下,但也得豎起耳朵等候廚師的通知。 

 

 1 package ConcurrentTest;
 2 
 3 import thread.BlockQueue;
 4 
 5 /**
 6  * Created by chengxiao on 2017/6/17.
 7  */
 8 public class JiaoziDemo {
 9     //創建個共用對象做監視器用
10     private static Object obj = new Object();
11     //大木盤子,一盤最多可盛10份餃子,廚師做滿10份,服務員就可以端出去了。
12     private static Integer platter = 0;
13     //賣出的餃子總量,賣夠100份就打烊收工
14     private static Integer count = 0;
15 
16     /**
17      * 廚師
18      */
19     static class Cook implements Runnable{
20         @Override
21         public void run() {
22             while(count<100){
23                 synchronized (obj){
24                     while (platter<10){
25                         platter++;
26                     }
27                     //通知服務員餃子好了,可以端走了
28                     obj.notify();
29                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--餃子好啦,廚師休息會兒");
30                 }
31                 try {
32                     //線程睡一會,幫助服務員線程搶到對象鎖
33                     Thread.sleep(100);
34                 } catch (InterruptedException e) {
35                     e.printStackTrace();
36                 }
37             }
38             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工,廚師回家");
39         }
40     }
41 
42     /**
43      * 服務員
44      */
45     static class Waiter implements Runnable{
46         @Override
47         public void run() {
48             while(count<100){
49                 synchronized (obj){
50                     //廚師做夠10份了,就可以端出去了
51                     while(platter < 10){
52                         try {
53                             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--餃子還沒好,等待廚師通知...");
54                             obj.wait();
55                             BlockQueue
56                         } catch (InterruptedException e) {
57                             e.printStackTrace();
58                         }
59                     }
60                     //餃子端給客人了,盤子清空
61                     platter-=10;
62                     //又賣出去10份。
63                     count+=10;
64                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--服務員把餃子端給客人了");
65                 }
66             }
67             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工,服務員回家");
68 
69         }
70     }
71     public static void main(String []args){
72         Thread cookThread = new Thread(new Cook(),"cookThread");
73         Thread waiterThread = new Thread(new Waiter(),"waiterThread");
74         cookThread.start();
75         waiterThread.start();
76     }
77 }
一個小例子

運行結果

cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好,等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦,廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--打烊收工,服務員回家
cookThread--打烊收工,廚師回家
運行結果

 運行機制

借用《併發編程的藝術》中的一張圖來瞭解下wait/notify的運行機制

可能有人會對所謂監視器(monitor),對象鎖(lock)不甚瞭解,在此簡單解釋下:

  jvm為每一個對象和類都關聯一個鎖,鎖住了一個對象,就是獲得了對象相關聯的監視器。

  只有獲取到對象鎖,才能拿到監視器,如果獲取鎖失敗了,那麼線程就會進入阻塞隊列中;如果成功拿到對象鎖,也可以使用wait()方法,在監視器上等待,此時會釋放鎖,併進入等地隊列中。

  關於鎖和監視器的區別,園子里有個哥們的文章寫得很詳細透徹,在此引用一下,有興趣的童鞋可以瞭解一下鎖和監視器之間的區別 - Java併發

根據上面的圖我們來理一下具體的過程

   1.首先,waitThread獲取對象鎖,然後調用wait()方法,此時,wait線程會放棄對象鎖,同時進入對象的等待隊列WaitQueue中;

   2.notifyThread線程搶占到對象鎖,執行一些操作後,調用notify()方法,此時會將等待線程waitThread從等待隊列WaitQueue中移到同步隊列SynchronizedQueue中,waitThread由waitting狀態變為blocked狀態。需要註意的時,notifyThread此時並不會立即釋放鎖,它繼續運行,把自己剩餘的事兒幹完之後才會釋放鎖;

  3.waitThread再次獲取到對象鎖,從wait()方法返回繼續執行後續的操作;

  4.一個基於等待/通知機制的線程間通信的過程結束。

至於notifyAll則是在第二步中將等待隊列中的所有線程移到同步隊列中去。

避免踩坑

  在使用wait/notify/notifyAll時有一些特別留意的,在此再總結一下:

    1.一定在synchronized中使用wait()/notify()/notifyAll(),也就是說一定要先獲取鎖,這個前面我們講過,因為只有加鎖後,才能獲得監視器。否則jvm也會拋出IllegalMonitorStateException異常。

    2.使用wait()時,判斷線程是否進入wait狀態的條件一定要使用while而不要使用if,因為等待線程可能會被錯誤地喚醒,所以應該使用while迴圈在等待前等待後都檢查喚醒條件是否被滿足,保證安全性。

    3.notify()或notifyAll()方法調用後,線程不會立即釋放鎖。調用只會將wait中的線程從等待隊列移到同步隊列,也就是線程狀態從waitting變為blocked;

    4.從wait()方法返回的前提是線程重新獲得了調用對象的鎖。

後記

  關於wait/notify的相關內容就介紹到此,在實際使用中,要特別留意上文中提到的幾點,不過一般情況下,我們直接使用wait/notify/notifyAll去完成線程間通信,生產者/消費者模型的機會不多,因為Java併發包中已經提供了很多優秀精妙的工具,像各種BlockingQueue等等,後面有機會也會詳細介紹的。

  共勉


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