簡單了解java等待喚醒機制原理及使用

更新時間：2019年12月14日 08:28:26 作者：我又不亂來

這篇文章主要介紹了簡單了解java等待喚醒機制原理及使用,文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下

這是一篇走心的填坑筆記，自學Java的幾年總是在不斷學習新的技術，一路走來發(fā)現(xiàn)自己踩坑無數，而填上的坑卻屈指可數。突然發(fā)現(xiàn)，有時候真的不是幾年工作經驗的問題，有些東西即使工作十年，沒有用心去學習過也不過是一個10年大坑罷了（真實感受）。

剛開始接觸多線程時，就知道有等待/喚醒這個東西，寫過一個demo就再也沒有看過了，至于它到底是個什么東西，或者說它能解決什么樣的問題，估計大多數人和我一樣都是模棱兩可。這次筆者就嘗試帶你搞懂等待/喚醒機制，讀完本文你將get到以下幾點：

循環(huán)等待帶來什么樣的問題
用等待喚醒機制優(yōu)化循環(huán)等待
等待喚醒機制中的被忽略的細節(jié)

一,循環(huán)等待問題

假設今天要發(fā)工資，強老板要去吃一頓好的，整個就餐流程可以分為以下幾個步驟：

點餐
窗口等待出餐
就餐

 public static void main(String[] args) {
   // 是否還有包子
    AtomicBoolean hasBun = new AtomicBoolean();
    
    // 包子鋪老板
    new Thread(() -> {
      try {
        // 一直循環(huán)查看是否還有包子
        while (true) {
          if (hasBun.get()) {
            System.out.println("老板：檢查一下是否還剩下包子...");
            Thread.sleep(3000);
          } else {
            System.out.println("老板：沒有包子了, 馬上開始制作...");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("老板：包子出鍋咯....");
            hasBun.set(true);
          }
        }
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }).start();


    new Thread(() -> {
      System.out.println("小強：我要買包子...");
      try {
        // 每隔一段時間詢問是否完成
        while (!hasBun.get()) {
          System.out.println("小強：包子咋還沒做好呢~");
          Thread.sleep(3000);
        }
        System.out.println("小強：終于吃上包子了....");
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }).start();
  }

在上文代碼中存在一個很大的問題，就是老板需要不斷的去檢查是否還有包子，而客戶則需要隔一段時間去看催一下老板，這顯然時不合理的，這就是典型的循環(huán)等待問題。

這種問題的代碼中通常是如下這種模式：

  while (條件不滿足) {
    Thread.sleep(3000);
  }
  doSomething();

對應到計算機中，則暴露了一個問題：不斷通過輪詢機制來檢測條件是否成立，如果輪詢時間過小則會浪費CPU資源，如果間隔過大，又導致不能及時獲取想要的資源。

二，等待/喚醒機制

為了解決循環(huán)等待消耗CPU以及信息及時性問題，Java中提供了等待喚醒機制。通俗來講就是由主動變?yōu)楸粍樱?當條件成立時，主動通知對應的線程，而不是讓線程本身來詢問。

2.1 基本概念

等待/喚醒機制，又叫等待通知（筆者更喜歡叫喚醒而非通知），是指線程A調用了對象O的wait()方法進入了等待狀態(tài)，而另一個線程調用了O的notify()或者notifyAll()方法，線程A收到通知后從對象O的wait()方法返回，進而執(zhí)行后續(xù)操作。

上訴過程是通過對象O，使得線程A和線程B之間進行通信, 在線程中調用了對象O的wait()方法后線程久進入了阻塞狀態(tài)，而在其他線程中對象O調用notify()或notifyAll方法時，則會喚醒對應的阻塞線程。

2.2 基本API

等待/喚醒機制的相關方法時任意Java對象具備的，因為這些方法被定義在所有Java對象的超類Object中。

notify：通知一個在對象上等待的線程，使其從wait()方法返回，而返回的前提時該線程獲取到對象的鎖

notifyAll: 通知所有等待在該對象上的線程

wait: 調用此方法的線程進入阻塞等待狀態(tài)，只有等待另外線程的通知或者被中斷才會返回，調用wait方法會釋放對象的鎖

wait(long) : 等待超過一段時間沒有被喚醒就超時自動返回，單位時毫秒。

2.3 用等待喚醒機制優(yōu)化循環(huán)等待

public static void main(String[] args) {
  // 是否還有包子
    AtomicBoolean hasBun = new AtomicBoolean();
    // 鎖對象
    Object lockObject = new Object();

    // 包子鋪老板
    new Thread(() -> {
      try {
        while (true) {
          synchronized (lockObject) {
            if (hasBun.get()) {
              System.out.println("老板：包子夠賣了，打一把王者榮耀");
              lockObject.wait(); 
            } else {
              System.out.println("老板：沒有包子了, 馬上開始制作...");
              Thread.sleep(3000);
              System.out.println("老板：包子出鍋咯....");
              hasBun.set(true);
              // 通知等待的食客
              lockObject.notifyAll();
            }
          }
        }
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }).start();


    new Thread(() -> {
      System.out.println("小強：我要買包子...");
      try {
        synchronized (lockObject) {
          if (!hasBun.get()) {
            System.out.println("小強：看一下有沒有做好， 看公眾號cruder有沒有新文章");
            lockObject.wait(); 
          } else {
            System.out.println("小強：包子終于做好了，我要吃光它們....");
            hasBun.set(false);
            lockObject.notifyAll();
            System.out.println("小強：一口氣把店里包子吃光了， 快快樂樂去板磚了~~");
          }
        }
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }).start();
 }

上述流程，減少了輪詢檢查的操作，并且線程調用wait()方法后，會釋放鎖，不會消耗CPU資源，進而提高了程序的性能。

三，等待喚醒機制的基本范式

等待、喚醒是線程間通信的手段之一，用來協(xié)調多個線程操作同一個數據源。實際應用中通常用來優(yōu)化循環(huán)等待的問題，針對等待方和通知方，可以提煉出如下的經典范式。

需要注意的是，在等待方執(zhí)行的邏輯中，一定要用while循環(huán)來判斷等待條件，因為執(zhí)行notify/notifyAll方法時只是讓等待線程從wait方法返回，而非重新進入臨界區(qū)

/**
 * 等待方執(zhí)行的邏輯
 * 1. 獲取對象的鎖
 * 2. 檢查條件，如果條件不滿足，調用對象的wait方法，被通知后重新檢查條件
 * 3. 條件滿足則執(zhí)行對應的邏輯
 */
synchronized(對象){
  while(條件不滿足){
    對象.wait()
  }
  doSomething();
}
/**
 * ??！ 通知方執(zhí)行的邏輯
 * 1. 獲取對象的鎖
 * 2. 改變條件
 * 3. 通知(所有)等待在對象上的線程
 */
synchronized(對象){
  條件改變
  對象.notify();
}

這個編程范式通常是針對典型的通知方和等待方，有時雙方可能具有雙重身份，即使等待方又是通知方，正如我們上文中的案例一樣。

四，notify/notifyAll不釋放鎖

相信這個問題有半數工程師都不知道，當執(zhí)行wait()方法，鎖自動被釋放；但執(zhí)行完notify()方法后，鎖不會釋放，而是要執(zhí)行notify()方法所在的synchronized代碼塊后才會釋放。這一點很重要，也是很多工程師容易忽略的地方。

lockObject.notifyAll();
System.out.println("小強：一口氣把店里包子吃光了， 快快樂樂去板磚了~~");

案例代碼中，故意設置成先notifyAll，然后在打??；上文圖中的結果也印證了了我們的描述，感興趣的小伙伴可以動手執(zhí)行一下案例代碼哦。

五，等待、喚醒必須先獲取鎖

在等待、喚醒編程范式中的wait，notify，notifyAll方法往往不能直接調用，需要在獲取鎖之后的臨界區(qū)執(zhí)行

并且只能喚醒等待在同一把鎖上的線程。

當線程調用wait方法時會被加入到一個等待隊列，當執(zhí)行notify時會喚醒隊列中第一個等待線程(等待時間最長的線程)，而調用notifyAll時則會喚醒等待線程中所有的等待線程。

六，sleep不釋放鎖而wait 釋放#

在用等待喚醒機制優(yōu)化循環(huán)等待的過程中，有一個重要的特征就是原本的sleep()方法用wait()方法取代，他們的最大的區(qū)別在于wait方法會釋放鎖，而sleep不會，除此之外，還有個重要的區(qū)別，sleep是Thread的方法，可以在任意地方執(zhí)行；而wait是Object對象的方法，必須在synchronized代碼塊中執(zhí)行。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

您可能感興趣的文章: