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通过两个小栗子来说说Java的sleep、wait、notify、notifyAll的用法

线程是计算程序运行的最小载体,由于单个单核CPU的硬件水平发展到了一定的瓶颈期,因此就出现了多核多CPU的情况,直接就导致程序员多线程编程的复杂。由此可见线程对于高性能开发的重要性。

那么线程在计算机中有好几种状态,他们之间是怎么切换的?sleep和wait又有什么区别?notify和notifyAll怎么用?带着这些问题,我们来看看Java的线程吧!

Thread的状态

先来看看Thread类里面都有哪几种状态,在Thread.class中可以找到这个枚举,它定义了线程的相关状态:

public enum State {
    NEW,
    RUNNABLE,
    BLOCKED,
    WAITING,
    TIMED_WAITING,
    TERMINATED;
}

如下图所示:

  1. NEW 新建状态,线程创建且没有执行start方法时的状态
  2. RUNNABLE 可运行状态,线程已经启动,但是等待相应的资源(比如IO或者时间片切换)才能开始执行
  3. BLOCKED 阻塞状态,当遇到synchronized或者lock且没有取得相应的锁,就会进入这个状态
  4. WAITING 等待状态,当调用Object.wait或者Thread.join()且没有设置时间,在或者LockSupport.park时,都会进入等待状态。
  5. TIMED_WAITING 计时等待,当调用Thread.sleep()或者Object.wait(xx)或者Thread.join(xx)或者LockSupport.parkNanos或者LockSupport.partUntil时,进入该状态
  6. TERMINATED 终止状态,线程中断或者运行结束的状态

先来sleep和wait的区别

由于wait方法是在Object上的,而sleep方法是在Thread上,当调用Thread.sleep时,并不能改变对象的状态,因此也不会释放锁。

这让我想起来我家的两个主子,一只泰迪一只美短,虽然他们两个是不同的物种,但是却有着相同的爱好,就是爱吃牛肉。偶尔给它们两个开荤,奈何只有一个食盆,每次只能一个主子吃肉。这就好比是两个线程,在争用同一个变量。如果使用thread.sleep,那么其中一个吃完一块肉后,会霸占食盆,不给另一只吃(不会释放锁等资源);如果使用wait,那么吃肉时,会离开食盆,这样就有机会让另一只去吃了,即占用的资源会释放。

详细的看一下下面的代码:

package cn.xingoo.test.basic.thread;

public class AnimalEat {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("盆里有20块肉");
        Animal animal = new Animal();
        try{
            Thread tidy = new Thread(animal,"泰迪");
            Thread cat  = new Thread(animal,"美短");
            tidy.start();
            cat.start();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("盆里的肉吃完了!");
    }


}
class Animal implements Runnable {
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
        while(count < 20){
            synchronized (this){
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃力第"+count+"块肉");
                    count++;
                    //Thread.sleep(100);
                    this.wait(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

当使用this.wait(100)的时候,会输出下面的信息:

盆里有20块肉
泰迪吃力第0块肉
美短吃力第1块肉
盆里的肉吃完了!
泰迪吃力第2块肉
美短吃力第3块肉
泰迪吃力第4块肉
美短吃力第5块肉
泰迪吃力第6块肉
美短吃力第7块肉
泰迪吃力第8块肉
美短吃力第9块肉
泰迪吃力第10块肉
美短吃力第11块肉
美短吃力第12块肉
泰迪吃力第13块肉
美短吃力第14块肉
泰迪吃力第15块肉
美短吃力第16块肉
泰迪吃力第17块肉
美短吃力第18块肉
泰迪吃力第19块肉

可以发现,输出的信息并不是完美的交替,这是因为调用wait之后,并不一定马上时另一个线程执行,而是要根据CPU的时间分片轮转等其他的条件来定,轮到谁就看运气了。

当使用Thread.sleep(100)的时候,可以得到下面的信息:

盆里有20块肉
泰迪吃力第0块肉
盆里的肉吃完了!
泰迪吃力第1块肉
泰迪吃力第2块肉
泰迪吃力第3块肉
泰迪吃力第4块肉
泰迪吃力第5块肉
泰迪吃力第6块肉
泰迪吃力第7块肉
泰迪吃力第8块肉
泰迪吃力第9块肉
泰迪吃力第10块肉
泰迪吃力第11块肉
泰迪吃力第12块肉
泰迪吃力第13块肉
泰迪吃力第14块肉
泰迪吃力第15块肉
泰迪吃力第16块肉
泰迪吃力第17块肉
泰迪吃力第18块肉
美短吃力第19块肉
泰迪吃力第20块肉

注意看最后面有一只美短。这是因为synchronized的代码同步时在while循环里面,因此最后一次两个主子都进入到了while里面,然后才开始等待相应的锁。这就导致第19次轮到了另一个主子。

总结来说,sleep不会释放线程的锁,wait会释放线程的资源。

再谈谈wait与notify和notifyall

wait、notify、notifyall这几个一般都一起使用。不过需要注意下面几个重要的点:

  1. 调用wait\notify\notifyall方法时,需要与锁或者synchronized搭配使用,不然会报错java.lang.IllegalMonitorStateException,因为任何时刻,对象的控制权只能一个线程持有,因此调用wait等方法的时候,必须确保对其的控制权。
  2. 如果对简单的对象调用wait等方法,如果对他们进行赋值也会报错,因为赋值相当于修改的原有的对象,因此如果有修改需求可以外面包装一层。
  3. notify可以唤醒一个在该对象上等待的线程,notifyAll可以唤醒所有等待的线程。
  4. wait(xxx) 可以挂起线程,并释放对象的资源,等计时结束后自动恢复;wait()则必须要其他线程调用notify或者notifyAll才能唤醒。

举个通俗点的例子,我记得在高中的时候,每天上午快放学的时候大家都很紧张——因为那个时候小饭馆正好播放一些港台剧,大家就总愿意抢电视机旁边的位置,所以每次快要中午放学的时候,大家都做好冲刺跑步的准备。

但是有的老师总愿意压堂,搞的大家怨声载道。

比如,下面这位老师有的时候会用notifyall通知大家集体放学;有的时候会检查背书,背好了,才能走。

package cn.xingoo.test.basic.thread;

public class School {
    private DingLing dingLing = new DingLing(false);

    class Teacher extends Thread{
        Teacher(String name){
            super(name);
        }
        @Override
        public void run() {
            synchronized (dingLing){
                try {
                    dingLing.wait(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                dingLing.flag = true;

                System.out.println("放学啦");
                dingLing.notifyAll();

                /*for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println("放一个走吧");
                    dingLing.notify();
                    try {
                        dingLing.wait(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }*/
             }
        }
    }
    class Student extends Thread{
        Student(String name){
            super(name);
        }
        @Override
        public void run(){
            synchronized (dingLing){
                while(!dingLing.flag){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始等待");
                    try {
                        dingLing.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"去吃饭啦");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        School school = new School();
        Teacher teacher  = school.new Teacher("老师");
        Student zhangsan = school.new Student("张三");
        Student lisi     = school.new Student("李四");
        Student wangwu   = school.new Student("王五");
        teacher.start();
        zhangsan.start();
        lisi.start();
        wangwu.start();
    }
}

class DingLing{
    Boolean flag = false;
    public DingLing(Boolean flag){
        this.flag = flag;
    }
}

当老师统一喊放学的时候,即调用dingLing.notifyAll();,会得到下面的输出:

张三开始等待
李四开始等待
王五开始等待
放学啦
王五去吃饭啦
李四去吃饭啦
张三去吃饭啦

如果检查背书,那么每次老师只会调用一次notify,让一个同学(线程)走(工作),就会得到下面的输出:

张三开始等待
李四开始等待
王五开始等待
放一个走吧
张三去吃饭啦
放一个走吧
李四去吃饭啦
放一个走吧
王五去吃饭啦

注意的是,调用wait可以释放dingling的占用,这样才能让别的线程进行检查,如果改成Thread.sleep,有兴趣的童鞋就可以自己去看看效果啦!

参考

  1. 最简单的实例说明wait、notify、notifyAll的使用方法:http://longdick.iteye.com/blog/453615
  2. Java sleep和wait的区别:http://www.jb51.net/article/113587.htm
  3. sleep和wait解惑:https://www.zhihu.com/question/23328075

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