首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >Java多线程学习(四)等待/通知(wait/notify)机制

Java多线程学习(四)等待/通知(wait/notify)机制

原创
作者头像
用户2164320
发布2018-06-22 19:53:42
1.9K3
发布2018-06-22 19:53:42
举报

我自己总结的Java学习的系统知识点以及面试问题,目前已经开源,会一直完善下去,欢迎建议和指导欢迎Star: https://github.com/Snailclimb/Java-Guide

本节思维导图:

本节思维导图
本节思维导图

一 等待/通知机制介绍

1.1 不使用等待/通知机制

当两个线程之间存在生产和消费者关系,也就是说第一个线程(生产者)做相应的操作然后第二个线程(消费者)感知到了变化又进行相应的操作。比如像下面的whie语句一样,假设这个value值就是第一个线程操作的结果,doSomething()是第二个线程要做的事,当满足条件value=desire后才执行doSomething()。

但是这里有个问题就是:第二个语句不停过通过轮询机制来检测判断条件是否成立。如果轮询时间的间隔太小会浪费CPU资源,轮询时间的间隔太大,就可能取不到自己想要的数据。所以这里就需要我们今天讲到的等待/通知(wait/notify)机制来解决这两个矛盾。

    while(value=desire){
        doSomething();
    }

1.2 什么是等待/通知机制?

通俗来讲:

等待/通知机制在我们生活中比比皆是,一个形象的例子就是厨师和服务员之间就存在等待/通知机制。

  1. 厨师做完一道菜的时间是不确定的,所以菜到服务员手中的时间是不确定的;
  2. 服务员就需要去“等待(wait)”;
  3. 厨师把菜做完之后,按一下铃,这里的按铃就是“通知(nofity)”;
  4. 服务员听到铃声之后就知道菜做好了,他可以去端菜了。

用专业术语讲:

等待/通知机制,是指一个线程A调用了对象O的wait()方法进入等待状态,而另一个线程B调用了对象O的notify()/notifyAll()方法,线程A收到通知后退出等待队列,进入可运行状态,进而执行后续操作。上诉两个线程通过对象O来完成交互,而对象上的wait()方法notify()/notifyAll()方法的关系就如同开关信号一样,用来完成等待方和通知方之间的交互工作。

1.3 等待/通知机制的相关方法

方法名称

描述

notify()

随机唤醒等待队列中等待同一共享资源的 “一个线程”,并使该线程退出等待队列,进入可运行状态,也就是notify()方法仅通知“一个线程”

notifyAll()

使所有正在等待队列中等待同一共享资源的 “全部线程” 退出等待队列,进入可运行状态。此时,优先级最高的那个线程最先执行,但也有可能是随机执行,这取决于JVM虚拟机的实现

wait()

使调用该方法的线程释放共享资源锁,然后从运行状态退出,进入等待队列,直到被再次唤醒

wait(long)

超时等待一段时间,这里的参数时间是毫秒,也就是等待长达n毫秒,如果没有通知就超时返回

wait(long,int)

对于超时时间更细力度的控制,可以达到纳秒

二 等待/通知机制的实现

2.1 我的第一个等待/通知机制程序

MyList.java

public class MyList {
	private static List<String> list = new ArrayList<String>();

	public static void add() {
		list.add("anyString");
	}

	public static int size() {
		return list.size();
	}

}

ThreadA.java

public class ThreadA extends Thread {

	private Object lock;

	public ThreadA(Object lock) {
		super();
		this.lock = lock;
	}

	@Override
	public void run() {
		try {
			synchronized (lock) {
				if (MyList.size() != 5) {
					System.out.println("wait begin "
							+ System.currentTimeMillis());
					lock.wait();
					System.out.println("wait end  "
							+ System.currentTimeMillis());
				}
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

ThreadB.java

public class ThreadB extends Thread {
	private Object lock;

	public ThreadB(Object lock) {
		super();
		this.lock = lock;
	}

	@Override
	public void run() {
		try {
			synchronized (lock) {
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					MyList.add();
					if (MyList.size() == 5) {
						lock.notify();
						System.out.println("已发出通知!");
					}
					System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素!");
					Thread.sleep(1000);
				}
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

Run.java

public class Run {

	public static void main(String[] args) {

		try {
			Object lock = new Object();

			ThreadA a = new ThreadA(lock);
			a.start();

			Thread.sleep(50);

			ThreadB b = new ThreadB(lock);
			b.start();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

	}

}

运行结果:

运行结果
运行结果

从运行结果:"wait end 1521967322359"最后输出可以看出,<font color="red">notify()执行后并不会立即释放锁。</font>下面我们会补充介绍这个知识点。

synchronized关键字可以将任何一个Object对象作为同步对象来看待,而Java为每个Object都实现了等待/通知(wait/notify)机制的相关方法,它们必须用在synchronized关键字同步的Object的临界区内。通过调用wait()方法可以使处于临界区内的线程进入等待状态,同时释放被同步对象的锁。而notify()方法可以唤醒一个因调用wait操作而处于阻塞状态中的线程,使其进入就绪状态。被重新唤醒的线程会视图重新获得临界区的控制权也就是锁,并继续执行wait方法之后的代码。如果发出notify操作时没有处于阻塞状态中的线程,那么该命令会被忽略。

如果我们这里不通过等待/通知(wait/notify)机制实现,而是使用如下的while循环实现的话,我们上面也讲过会有很大的弊端。

 while(MyList.size() == 5){
        doSomething();
    }

2.2线程的基本状态

上面几章的学习中我们已经掌握了与线程有关的大部分API,这些API可以改变线程对象的状态。如下图所示:

线程的基本状态切换图
线程的基本状态切换图
  1. 新建(new):新创建了一个线程对象。
  2. 可运行(runnable):线程对象创建后,其他线程(比如main线程)调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,等待被线程调度选中,获 取cpu的使用权。
  3. 运行(running):可运行状态(runnable)的线程获得了cpu时间片(timeslice),执行程序代码。
  4. 阻塞(block):阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu使用权,也即让出了cpu timeslice,暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态,才有 机会再次获得cpu timeslice转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种:

(一). 等待阻塞:运行(running)的线程执行o.wait()方法,JVM会把该线程放 入等待队列(waitting queue)中。

(二). **同步阻塞**:运行(running)的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁 被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。
(三). **其他阻塞**: 运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入可运行(runnable)状态。
  1. 死亡(dead):线程run()、main()方法执行结束,或者因异常退出了run()方法,则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。

备注:

可以用早起坐地铁来比喻这个过程:

还没起床:sleeping

起床收拾好了,随时可以坐地铁出发:Runnable

等地铁来:Waiting

地铁来了,但要排队上地铁:I/O阻塞

上了地铁,发现暂时没座位:synchronized阻塞

地铁上找到座位:Running

到达目的地:Dead

2.3 notify()锁不释放

<font color="red">当方法wait()被执行后,锁自动被释放,但执行完notify()方法后,锁不会自动释放。必须执行完notify()方法所在的synchronized代码块后才释放。</font>

下面我们通过代码验证一下:

(完整代码:https://github.com/Snailclimb/threadDemo/tree/master/src/wait_notifyHoldLock

<font size="2">带wait方法的synchronized代码块</font>

			synchronized (lock) {
				System.out.println("begin wait() ThreadName="
						+ Thread.currentThread().getName());
				lock.wait();
				System.out.println("  end wait() ThreadName="
						+ Thread.currentThread().getName());
			}

<font size="2">带notify方法的synchronized代码块</font>

			synchronized (lock) {
				System.out.println("begin notify() ThreadName="
						+ Thread.currentThread().getName() + " time="
						+ System.currentTimeMillis());
				lock.notify();
				Thread.sleep(5000);
				System.out.println("  end notify() ThreadName="
						+ Thread.currentThread().getName() + " time="
						+ System.currentTimeMillis());
			}

如果有三个同一个对象实例的线程a,b,c,a线程执行带wait方法的synchronized代码块然后bb线程执行带notify方法的synchronized代码块紧接着c执行带notify方法的synchronized代码块。

<font size="2">运行效果如下:</font>

运行效果
运行效果

<font color="red">这也验证了我们刚开始的结论:必须执行完notify()方法所在的synchronized代码块后才释放。</font>

2.4 当interrupt方法遇到wait方法

<font color="red">当线程呈wait状态时,对线程对象调用interrupt方法会出现InterrupedException异常。</font>

<font size="2">Service.java</font>

public class Service {
	public void testMethod(Object lock) {
		try {
			synchronized (lock) {
				System.out.println("begin wait()");
				lock.wait();
				System.out.println("  end wait()");
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
			System.out.println("出现异常了,因为呈wait状态的线程被interrupt了!");
		}
	}
}

<font size="2">ThreadA.java</font>

public class ThreadA extends Thread {

	private Object lock;

	public ThreadA(Object lock) {
		super();
		this.lock = lock;
	}

	@Override
	public void run() {
		Service service = new Service();
		service.testMethod(lock);
	}

}

<font size="2">Test.java</font>

public class Test {

	public static void main(String[] args) {

		try {
			Object lock = new Object();

			ThreadA a = new ThreadA(lock);
			a.start();

			Thread.sleep(5000);

			a.interrupt();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

	}

}

<font size="2">运行结果:</font>

运行结果
运行结果

参考:

《Java多线程编程核心技术》

《Java并发编程的艺术》

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • 一 等待/通知机制介绍
    • 1.1 不使用等待/通知机制
      • 1.2 什么是等待/通知机制?
        • 1.3 等待/通知机制的相关方法
        • 二 等待/通知机制的实现
          • 2.1 我的第一个等待/通知机制程序
            • 2.2线程的基本状态
              • 2.3 notify()锁不释放
                • 2.4 当interrupt方法遇到wait方法
                领券
                问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档