线程间协作的两种方式:wait、notify、notifyAll和Condition
转载自 线程间协作的两种方式:wait、notify、notifyAll和Condition
在前面我们将了很多关于同步的问题,然而在现实中,需要线程之间的协作。比如说最经典的生产者-消费者模型:当队列满时,生产者需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。因为生产者如果不释放对临界资源的占用权,那么消费者就无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。因此,一般情况下,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。然后等待消费者消费了商品,然后消费者通知生产者队列有空间了。同样地,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。这种互相通信的过程就是线程间的协作。
今天我们就来探讨一下Java中线程协作的最常见的两种方式:利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition。
以下是本文目录大纲:
一.wait()、notify()和notifyAll()
二.Condition
三.生产者-消费者模型的实现
若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正。
一.wait()、notify()和notifyAll()
wait()、notify()和notifyAll()是Object类中的方法:
/*** 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.* The current thread must own this object's monitor.*/
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
从这三个方法的文字描述可以知道以下几点信息:
1)wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,并且为final方法,无法被重写。
2)调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞,并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()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程,如果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()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程;
有朋友可能会有疑问:为何这三个不是Thread类声明中的方法,而是Object类中声明的方法(当然由于Thread类继承了Object类,所以Thread也可以调用者三个方法)?其实这个问题很简单,由于每个对象都拥有monitor(即锁),所以让当前线程等待某个对象的锁,当然应该通过这个对象来操作了。而不是用当前线程来操作,因为当前线程可能会等待多个线程的锁,如果通过线程来操作,就非常复杂了。
上面已经提到,如果调用某个对象的wait()方法,当前线程必须拥有这个对象的monitor(即锁),因此调用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)。
调用某个对象的wait()方法,相当于让当前线程交出此对象的monitor,然后进入等待状态,等待后续再次获得此对象的锁(Thread类中的sleep方法使当前线程暂停执行一段时间,从而让其他线程有机会继续执行,但它并不释放对象锁);
notify()方法能够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,具体唤醒哪个线程则不得而知。
同样地,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,因此调用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)。
nofityAll()方法能够唤醒所有正在等待该对象的monitor的线程,这一点与notify()方法是不同的。
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,并不决定哪个线程能够获取到monitor。
举个简单的例子:假如有三个线程Thread1、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()方法之后,Thread1、Thread2和Thread3只有一个能被唤醒。注意,被唤醒不等于立刻就获取了objectA的monitor。假若在Thread4中调用objectA.notifyAll()方法,则Thread1、Thread2和Thread3三个线程都会被唤醒,至于哪个线程接下来能够获取到objectA的monitor就具体依赖于操作系统的调度了。
上面尤其要注意一点,一个线程被唤醒不代表立即获取了对象的monitor,只有等调用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized块,释放对象锁后,其余线程才可获得锁执行。
下面看一个例子就明白了:
public class TestWaitAndNotify {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{@Overridepublic 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{@Overridepublic 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");}}
}
无论运行多少次,运行结果必定是:
线程Thread-1调用了object.notify()
线程Thread-1释放了锁
线程Thread-0获取到了锁
二.Condition
Condition是在java 1.5中才出现的,它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用Condition,在阻塞队列那一篇博文中就讲述到了,阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。
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保护之内,就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用
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()。
三.生产者-消费者模型的实现
1、使用Object的wait()和notify()实现:
public class WaitAndNotify {private int queueSize = 10;private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);public static void main(String[] args) {WaitAndNotify testWaitAndNotify = new WaitAndNotify();Producer producer = testWaitAndNotify.new Producer();Consumer consumer = testWaitAndNotify.new Consumer();producer.start();consumer.start();}class Consumer extends Thread{@Overridepublic 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{@Overridepublic 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()));}}}}
}
2.使用Condition实现
public class ConditionTest {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) {ConditionTest conditionTest = new ConditionTest();Producer producer = conditionTest.new Producer();Consumer consumer = conditionTest.new Consumer();producer.start();consumer.start();}class Consumer extends Thread{@Overridepublic 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{@Overridepublic 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();}}}}}
参考资料
《Java编程思想》
http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17225469
http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7481142
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