Java并发编程:线程间协作的两种方式:wait、notify、notifyAll和Condition

Java并发编程: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。

  请尊重作者劳动成果,转载请标明原文链接:

  http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920385.html

 

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. 
 * <p>
 * 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 Test {
	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{
		@Override
		public 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{
		@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");
		}
	}
}

   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
View Code

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Condition1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 Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
     
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        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){
                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{
         
        @Override
        public 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 Test {
    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)  {
        Test test = new Test();
        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();
    			}
        	}
        }
    }
}

 

  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

posted @ 2014-09-10 16:04  Matrix海子  阅读(107446)  评论(20编辑  收藏  举报