java并发-Condition与Object.wait()、Object.notify()

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。

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:

package com.csu.thread;

public class test4 {
    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");
        }
    }
}

运行结果:

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

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()。

生产者-消费者模型的实现

1:使用Object的wait()和notify()实现:

package com.csu.thread;

import java.util.PriorityQueue;

public class PCByObject {

	private PriorityQueue<Integer> queue=new PriorityQueue<>(10);
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		PCByObject object=new PCByObject();
		Producer producer=object.new Producer();
		Consumer consumer=object.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("队列为空");
						queue.wait();
						
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
						e.printStackTrace();
						queue.notify();
					}
				   }
				   queue.poll();
				   queue.notify();
				   System.out.println("取走一个元素,还有:"+queue.size());
				
			}
		   }
	   }
   }
   
    class Producer extends Thread
    {
    	@Override
    	public void run()
    	{
    		produce();
    	}
    	private void produce()
    	{
    		while(true)
    		{
    			synchronized (queue) {
					while(queue.size()==10)
					{
						
						try {
							System.out.println("队列已经满了");
							queue.wait();
						} catch (InterruptedException e) {
							// TODO Auto-generated catch block
							e.printStackTrace();
						}
					}
					queue.offer(1);
					queue.notify();
					System.out.println("向队列中插入一个元素,长度为"+queue.size());
				}
    		}
    	}
    }
}

2:使用Condition实现

package com.csu.thread;

import java.util.PriorityQueue;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class PCByCondition {
	private PriorityQueue<Integer> queue=new PriorityQueue<>(10);
	private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
	private Condition notFull=lock.newCondition();
	private Condition notEmpty=lock.newCondition();
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		PCByCondition  object=new PCByCondition();
		Producer producer=object.new Producer();
		Consumer consumer=object.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("队列为空");
						notEmpty.await();
						
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
						e.printStackTrace();
						
					}
				   }
				   queue.poll();
				   notFull.signal();
				   System.out.println("取走一个元素,还有:"+queue.size());
				
			}finally
			   {
				lock.unlock();
			   }
		   }
	   }
	   
   }
   
    class Producer extends Thread
    {
    	@Override
    	public void run()
    	{
    		produce();
    	}
    	private void produce()
    	{
    		while(true)
    		{
    			lock.lock();
    			try{
					while(queue.size()==10)
					{
						
						try {
							System.out.println("队列已经满了");
							notFull.await();
						} catch (InterruptedException e) {
							// TODO Auto-generated catch block
							e.printStackTrace();
						}
					}
					queue.offer(1);
					notEmpty.signal();
					System.out.println("向队列中插入一个元素,长度为"+queue.size());
				}finally
    			{
					lock.unlock();
    			}
    		}
    	}
    }
}

原文地址:
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920385.html

天道酬勤,厚德载物!
posted @ 2016-04-20 10:56  空心菜小手  阅读(7019)  评论(0编辑  收藏  举报