Java線程間通信之wait/notify
- 巴扎黑原創
- 2017-06-26 11:38:571404瀏覽
Java中的wait/notify/notifyAll可用來實現線程間通信，是Object類別的方法，這三個方法都是native方法，是平台相關的，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() :呼叫該方法的執行緒進入WATTING狀態，只有等待另外執行緒的通知或中斷才會返回，調用wait()方法後，會釋放物件的鎖。
wait(long):超時等待最多long毫秒，如果沒有通知就超時返回。
notify() : 通知一個在物件上等待的線程，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()：通知所有等待在該物件上的執行緒。
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，服務生就用一個大木盤子端給客戶，每天賣夠100份就打烊收工，廚師服務生各自回家休息。
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.如果服務生去廚房看的太勤快，服務生太累了，這樣不如每做一碗就端一碗給客人，大木盤的作用就體現不出來了。具體表現在實現程式碼層面就是：需要不斷的循環，浪費處理器資源。
2.如果服務生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」。服務生收到通知，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 //创建个共享对象做监视器用10 private static Object obj = new Object();11 //大木盘子，一盘最多可盛10份饺子，厨师做满10份，服务员就可以端出去了。12 private static Integer platter = 0;13 //卖出的饺子总量，卖够100份就打烊收工14 private static Integer count = 0;15 16 /**17 * 厨师18 */19 static class Cook implements Runnable{20 @Override21 public void run() {22 while(count<100){23 synchronized (obj){24 while (platter<10){25 platter++;26 }27 //通知服务员饺子好了，可以端走了28 obj.notify();29 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--饺子好啦，厨师休息会儿");30 }31 try {32 //线程睡一会，帮助服务员线程抢到对象锁33 Thread.sleep(100);34 } catch (InterruptedException e) {35 e.printStackTrace();36 }37 }38 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工，厨师回家");39 }40 }41 42 /**43 * 服务员44 */45 static class Waiter implements Runnable{46 @Override47 public void run() {48 while(count<100){49 synchronized (obj){50 //厨师做够10份了，就可以端出去了51 while(platter < 10){52 try {53 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--饺子还没好，等待厨师通知...");54 obj.wait();55 BlockQueue56 } catch (InterruptedException e) {57 e.printStackTrace();58 }59 }60 //饺子端给客人了，盘子清空61 platter-=10;62 //又卖出去10份。63 count+=10;64 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--服务员把饺子端给客人了");65 }66 }67 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工，服务员回家");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 }運行結果
cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--饺子还没好，等待厨师通知... cookThread--饺子好啦，厨师休息会儿 waiterThread--服务员把饺子端给客人了 waiterThread--打烊收工，服务员回家 cookThread--打烊收工，厨师回家######執行結果#######
運作機制
借用《並發程式設計的藝術》中的一張圖來了解下wait/notify的運作機制
可能有人會對所謂監視器(monitor)，物件鎖(lock)不甚了解，在此簡單解釋下：
jvm為每一個物件和類別都關聯一個鎖定，鎖住了一個對象，就是獲得了對象相關聯的監視器。
只有取得到物件鎖定，才能拿到監視器，如果取得鎖定失敗了，那麼執行緒就會進入阻塞佇列中；如果成功拿到物件鎖，也可以使用wait()方法，在監視器上等待，此時會釋放鎖，並進入等地佇列。
關於鎖和監視器的區別，園子裡有個哥們的文章寫得很詳細透徹，在此引用一下，有興趣的童鞋可以了解一下鎖定和監視器的差異- Java並發
根據上面的圖我們來理一下具體的過程
1.首先，waitThread取得物件鎖定，然後呼叫wait()方法，此時，wait執行緒會放棄物件鎖定，同時進入物件的等待佇列WaitQueue中;
2.notifyThread執行緒搶占到物件鎖，執行一些操作後，呼叫notify()方法，此時會將等待執行緒waitThread從等待佇列WaitQueue中移到同步在隊列SynchronizedQueue中，waitThread由waitting狀態變成blocked狀態。 要注意的時，notifyThread此時並不會立即釋放鎖，它繼續運行，把自己剩餘的事兒乾完之後才會釋放鎖;
3.waitThread再次取得到物件鎖定，從wait()方法返回繼續執行後續的操作;
4.一個基於等待/通知機制的執行緒間通訊的過程結束。
至於notifyAll則是在第二步驟中將等待佇列中的所有執行緒移到同步佇列中去。
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()，也就是說一定要先取得鎖，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，判斷執行緒是否進入wait狀態的條件一定要使用while而不要使用if，因為等待執行緒可能會被錯誤地喚醒，所以應該使用while循環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()方法呼叫後，執行緒不會立即釋放鎖定。呼叫只會將wait中的執行緒從等待佇列移到同步佇列，也就是執行緒狀態從waitting變成blocked;
4.從wait()方法傳回的前提是執行緒重新獲得了呼叫物件的鎖。
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並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
############以上是Java線程間通信之wait/notify的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！