java並發之線程間協作的兩種方式：wait、notify、notifyAll和Condition

執行緒之間的協作。例如最經典的生產者-消費者模型：當佇列滿時，生產者需要等待佇列有空間才能繼續往裡面放入商品，而在等待的期間內，生產者必須釋放對臨界資源（即佇列）的佔用權。因為生產者如果不釋放對臨界資源的佔用權，那麼消費者就無法消費隊列中的商品，就不會讓隊列有空間，那么生產者就會一直無限等待下去。因此，一般情況下，當佇列滿時，會讓生產者交出對臨界資源的佔用權，並進入掛起狀態。然後等待消費者消費了商品，然後消費者通知生產者隊列有空間了。同樣地，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。這種互相通信的過程就是線程間的協作。

wait()、notify()和notifyAll()

[code]/**
 * 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&#39;s monitor.
 */
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

　1）wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法，並且為final方法，無法重寫。
　2）呼叫某個物件的wait()方法能讓當前執行緒阻塞，並且當前執行緒必須擁有此物件的monitor（即鎖定）
　3）呼叫某個物件的notify()方法能夠喚醒一個正在等待這個對象的monitor的線程，如果有多個線程都在等待這個物件的monitor，則只能喚醒其中一個線程；
　4）調用notifyAll()方法能夠喚醒所有正在等待這個物件的monitor的線程；
　　有朋友可能會有疑問：為何這三個不是Thread類別宣告中的方法，而是Object類別中宣告的方法（當然由於Thread類別繼承了Object類，所以Thread也可以呼叫者三個方法）？其實這個問題很簡單，由於每個物件都擁有monitor（即鎖），所以讓目前執行緒等待某個物件的鎖，當然應該透過這個物件來操作了。而不是用當前線程來操作，因為當前線程可能會等待多個線程的鎖，如果透過線程來操作，就非常複雜了。
　　上面已經提到，如果呼叫某個物件的wait()方法，當前執行緒必須擁有這個物件的monitor（即鎖定），因此呼叫wait()方法必須在同步區塊或同步方法中進行（synchronized區塊或synchronized方法）。
　　呼叫某個物件的wait()方法，相當於讓當前執行緒交出此物件的monitor，然後進入等待狀態，等待後續再次獲得此物件的鎖（Thread類別中的sleep方法使當前執行緒暫停執行一段時間，從而讓其他線程有機會繼續執行，但它並沒有釋放物件鎖定）；
　　notify()方法能夠喚醒一個正在等待該物件的monitor的線程，當有多個線程都在等待該物件的monitor的話，則只能喚醒其中一個線程，具體喚醒哪個線程則不得而知。
　　同樣地，呼叫某個物件的notify()方法，目前執行緒也必須擁有這個物件的monitor，因此呼叫notify()方法必須在同步區塊或同步方法中進行（synchronized區塊或synchronized方法）。
　　nofityAll()方法能夠喚醒所有正在等待該物件的monitor的線程，這一點與notify()方法是不同的。
　　這裡要注意一點：notify()和notifyAll()方法只是喚醒等待該物件的monitor的線程，並不決定哪個執行緒能夠取得到monitor。
　　舉個簡單的例子：假如有三個線程Thread1、Thread2和Thread3都在等待物件objectA的monitor，此時Thread4擁有物件objectA的monitor，當在Thread4中呼叫objectA.notify()方法之後，Thread1、Thread2和Thread3只有一個能被喚醒。請注意，被喚醒不等於立刻就取得了objectA的monitor。假若在Thread4中呼叫objectA.notifyAll()方法，則Thread1、Thread2和Thread3三個執行緒都會被喚醒，至於哪個執行緒接下來能夠取得到objectA的monitor就具體依賴作業系統的調度了。
　　上面尤其要注意一點，一個線程被喚醒不代表立即獲取了對象的monitor，只有等調用完notify()或者notifyAll()並退出synchronized塊，釋放對象鎖後，其餘線程才可獲得鎖執行。

[code]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");
        }
    }
}

Condition

Condition是在java 1.5中才出現的，它用來取代傳統的Object的wait()、notify()實現線程間的協作，相較於使用Object的wait()、 notify()，使用Condition1的await()、signal()這種方式實現線程間協作更加安全和有效率。因此通常來說比較推薦使用Condition 
Condition是個接口，基本的方法就是await()和signal()方法； 
Condition依賴Lock接口，產生一個Condition的基本程式碼是lock.newCondition() 
呼叫Condition的await ()和signal()方法，都必須在lock保護之內，就是說必須在lock.lock()和lock.unlock之間才可以使用 　

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()。

[code]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()));
                }
            }
        }
    }
}

[code]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();
                }
            }
        }
    }
}

以上就是java-并发-线程间协作的两种方式：wait、notify、notifyAll和Condition的内容，更多相关内容请关注PHP中文网（www.php.cn）！

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通过实例讨论notify()和notifyAll()的本质区别