Java 并发--- 线程间协做的两种方式：wait、notify、notifyAll和Condition

时间 2019-12-11

标签 java 并发线程两种方式 wait notify notifyall condition 栏目 Java 繁體版

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多线程除了同步问题外，还须要线程之间的协做。好比说最经典的生产者-消费者模型：当队列满时，生产者须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。由于生产者若是不释放对临界资源的占用权，那么消费者就没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。所以，通常状况下，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。而后等待消费者消费了商品，而后消费者通知生产者队列有空间了。一样地，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。这种互相通讯的过程就是线程间的协做。java

Java中线程协做的最多见的两种方式：利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition。安全

wait()、notify()和notifyAll()

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

1）wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法，而且为final方法，没法被重写。
2）调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞，而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()方法可以唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程，若是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()方法可以唤醒全部正在等待这个对象的monitor的线程；

疑问：为什么这三个不是Thread类声明中的方法，而是Object类中声明的方法？ide

其实这个问题很简单，因为每一个对象都拥有monitor（即锁），因此让当前线程等待某个对象的锁，固然应该经过这个对象来操做了。而不是用当前线程来操做，由于当前线程可能会等待多个线程的锁，若是经过线程来操做，就很是复杂了。spa

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），所以调用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）。操作系统

调用某个对象的wait()方法，至关于让当前线程交出此对象的monitor，而后进入等待状态，等待后续再次得到此对象的锁（Thread类中的sleep方法使当前线程暂停执行一段时间，从而让其余线程有机会继续执行，但它并不释放对象锁）；线程

notify()方法可以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，具体唤醒哪一个线程则不得而知。code

一样地，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，所以调用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）。对象

nofityAll()方法可以唤醒全部正在等待该对象的monitor的线程，这一点与notify()方法是不一样的。接口

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，并不决定哪一个线程可以获取到monitor。

举个简单的例子：假若有三个线程Thread一、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()方法以后，Thread一、Thread2和Thread3只有一个能被唤醒。注意，被唤醒不等于马上就获取了objectA的monitor。倘若在Thread4中调用objectA.notifyAll()方法，则Thread一、Thread2和Thread3三个线程都会被唤醒，至于哪一个线程接下来可以获取到objectA的monitor就具体依赖于操做系统的调度了。

上面尤为要注意一点，一个线程被唤醒不表明当即获取了对象的monitor，只有等调用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized块，释放对象锁后，其他线程才可得到锁执行。

举例：

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

    static class Thread1 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中才出现的，它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协做，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition的await()、signal()这种方式实现线程间协做更加安全和高效。所以一般来讲比较推荐使用Condition。阻塞队列其实是使用了Condition来模拟线程间协做。

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保护以内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可使用。

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()。

生产者-消费者模型

使用Object的wait()和notify()实现

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实现

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("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();
                }
            }
        }
    }
}