前言

最近在看一些JUC下的源碼，更加意識(shí)到想要學(xué)好Java多線(xiàn)程，基礎(chǔ)是關(guān)鍵，比如想要學(xué)好ReentranLock源碼，就得掌握好AQS源碼，而AQS源碼中又有很多Java多線(xiàn)程經(jīng)典的一些應(yīng)用；再比如看了線(xiàn)程池的核心源碼實(shí)現(xiàn)，又學(xué)到了很多核心實(shí)現(xiàn)，其實(shí)這些都可以提出來(lái)慢慢消化并變成自己的知識(shí)點(diǎn)，今天這個(gè)Java等待/通知模式其實(shí)是Thread.join()實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，還有線(xiàn)程池工作線(xiàn)程中線(xiàn)程跟線(xiàn)程之間的通信的核心所在，故在此為了加深理解，做此記錄！

參考資料《Java并發(fā)編程藝術(shù)》（電子PDF版）

一、什么是Java線(xiàn)程的等待/通知模式

1、等待/通知模式概述

　　首先先介紹下官方的一個(gè)正式的介紹：

　　等待/通知機(jī)制，是指一個(gè)線(xiàn)程A調(diào)用了對(duì)象object的wait()方法進(jìn)入等待狀態(tài)，而另一個(gè)線(xiàn)程B調(diào)用了對(duì)象object的notify或者notifyAll()方法，線(xiàn)程A收到通知后從對(duì)象O的wait()方法返回，進(jìn)而還行后續(xù)操作。

　　而我的理解是（舉例說(shuō)明）：

　　假設(shè)工廠里有兩條流水線(xiàn)，某個(gè)工作流程需要這兩個(gè)流水線(xiàn)配合完成，這兩個(gè)流水線(xiàn)分別是A和B，其中A負(fù)責(zé)準(zhǔn)備各種配件，B負(fù)責(zé)租裝配件之后產(chǎn)出輸出到工作臺(tái)。B的工作需要A的配件準(zhǔn)備充分，否則就會(huì)一直等待A準(zhǔn)備好配件，并且A準(zhǔn)備好配件后會(huì)通過(guò)一個(gè)開(kāi)頭通知告訴B我已經(jīng)準(zhǔn)備好了，你那邊不用一直等待了，可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)了。流程A與流程B就是對(duì)應(yīng)的線(xiàn)程A與線(xiàn)程B之間的通信，即可以理解為相互配合，具體也就是“”通知/等待“”機(jī)制！

2、需要注意的細(xì)節(jié)　　

　　那么，我們都知道超類(lèi)Object有wait()方法與notify()/notifyAll()方法，在進(jìn)行正式代碼舉例之前，應(yīng)該先加深下對(duì)這三個(gè)方法的理解與一些細(xì)節(jié)（有一些細(xì)節(jié)確實(shí)容易被忽略）

• 調(diào)用wait()方法，會(huì)釋放鎖（這一點(diǎn)我想大部分人都知道），線(xiàn)程狀態(tài)由RUNNING->WAITNG，當(dāng)前線(xiàn)程進(jìn)入對(duì)象等待隊(duì)列中；
• 調(diào)用notify()/notifyAll()方法不會(huì)立馬釋放鎖（這一點(diǎn)我大家人也應(yīng)該知道，但是什么時(shí)候釋放鎖呢？--------請(qǐng)看下一條），notify()方法是將等待隊(duì)列中的線(xiàn)程移到同步隊(duì)列中，而notifyAll()則是全部移到同步隊(duì)列中，被移出的線(xiàn)程狀態(tài)WAITING-->BLOCKED;
• 當(dāng)前調(diào)用notify()/notifyAll()的線(xiàn)程釋放鎖了才算釋放鎖，才有機(jī)會(huì)喚醒wait線(xiàn)程返回（為什么有才有機(jī)會(huì)返回呢？------繼續(xù)看下一條）
• 從wait()返回的前提是必須獲得調(diào)用對(duì)象鎖，也就是說(shuō)notify()與notifyAll()釋放鎖之后，wait()進(jìn)入BLOCKED狀態(tài)，如果其他線(xiàn)程有競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)前鎖的話(huà)，wait線(xiàn)程繼續(xù)爭(zhēng)取鎖資格（不好理解的話(huà)，請(qǐng)看下面的代碼舉例）
• 使用wait()、notify()、notifyAll()方法時(shí)需要先調(diào)對(duì)象加鎖（這可能是最容易忽視的點(diǎn)了，至于為什么，請(qǐng)先看了代碼之后，看本篇博文最后補(bǔ)充：wait()、notify()、notifyAll()加鎖的原因----防止線(xiàn)程即饑餓）
  

二、代碼舉例

1、結(jié)合代碼理解

結(jié)合上述的“工廠流程裝配配件并產(chǎn)出的例子”，我們有兩個(gè)線(xiàn)程（流水線(xiàn)）WaitThread與NotifyThread、其中WaitThread是被通知的任務(wù)，完成主要的工作（組裝配件完成產(chǎn)品），需要時(shí)刻判斷標(biāo)志位（開(kāi)關(guān)）；NotifyThread是需要通知的任務(wù)，需要對(duì)WaitThread進(jìn)行“監(jiān)督通知”，兩個(gè)配合才能更好完成產(chǎn)品的組裝并輸出。

public class WaitNotify {

 static Object lock = new Object();
 static boolean flag = false;
 public static void main(String[] args) {
  new Thread(new WaitThread(), "WaitThread").start();
  try {
   Thread.sleep(1000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  new Thread(new NotifyThread(), "NotifyThread").start();

 }

 /**
  * 流水線(xiàn)A，完成主要任務(wù)
  */
 static class WaitThread implements Runnable{
  @Override
  public void run() {
   // 獲取object對(duì)象鎖
   synchronized (lock){
    // 條件不滿(mǎn)足時(shí)一直在等，等另外的線(xiàn)程改變?cè)摋l件，并通知該wait線(xiàn)程
    while (!flag){
     try {
      System.out.println(Thread.currentThread() + " is waiting, flag is "+flag);
      // wait()方法調(diào)用就會(huì)釋放鎖，當(dāng)前線(xiàn)程進(jìn)入等待隊(duì)列。
      lock.wait();
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
    // TODO 條件已經(jīng)滿(mǎn)足，不繼續(xù)while，完成任務(wù)
    System.out.println(Thread.currentThread() + " is running, flag is "+flag);
   }
  }
 }
 /**
  * 流水線(xiàn)B，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，并通知流水線(xiàn)A
  */
 static class NotifyThread implements Runnable{
  @Override
  public void run() {
   // 獲取等wait線(xiàn)程同一個(gè)object對(duì)象鎖
   synchronized (lock){
    flag = true;
    // 通知wait線(xiàn)程，我已經(jīng)改變了條件，你可以繼續(xù)返回執(zhí)行了（返回之后繼續(xù)判斷while）
    // 但是此時(shí)通知notify()操作并立即不會(huì)釋放鎖，而是要等當(dāng)前線(xiàn)程釋放鎖
    // TODO 我準(zhǔn)備好配件了，我需要通知全部的組裝流水線(xiàn)A.....
    lock.notifyAll();
    System.out.println(Thread.currentThread() + " hold lock, notify waitThread and flag is "+flag);
   }
  }
 }
}

運(yùn)行main函數(shù)，輸出：

Thread[WaitThread,5,main] is waiting, flag is false
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock, notify waitThread and flag is true
Thread[WaitThread,5,main] is running, flag is true

車(chē)床流水工作開(kāi)啟，流水線(xiàn)的開(kāi)關(guān)一開(kāi)始是關(guān)閉的（flag=false），流水線(xiàn)B（NotifyThread）去開(kāi)啟后，開(kāi)始自動(dòng)喚醒流水線(xiàn)A（WaitThread），整個(gè)流水線(xiàn)開(kāi)始工作了......

• Thread[WaitThread,5,main] is waiting, flag is false： 一開(kāi)始流水線(xiàn)A發(fā)現(xiàn)自己沒(méi)有配件可租裝，所以等流水線(xiàn)A準(zhǔn)備好配件（這樣是不是覺(jué)得特別傻，哈哈哈，真正的流水線(xiàn)不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間等的，而且會(huì)有很多條流水線(xiàn)B準(zhǔn)備配件的，這里只是舉例說(shuō)明，望理解！）；
• Thread[NotifyThread,5,main] hold lock, notify waitThread and flag is true：流水線(xiàn)B準(zhǔn)備好了配件，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)（flag=ture），并通知流水線(xiàn)A，讓流水線(xiàn)A開(kāi)始工作；
• Thread[WaitThread,5,main] is running, flag is true，流水線(xiàn)B收到了通知，再次檢查開(kāi)關(guān)是否開(kāi)啟了，開(kāi)啟的話(huà)就開(kāi)始返回繼續(xù)完成工作了。
  

其實(shí)結(jié)合上述我舉的例子還是很好理解的，下面是大概的一個(gè)粗略時(shí)序圖：

2、擴(kuò)展理解----wait()返回的前提是獲得了鎖

上述已經(jīng)表達(dá)了這個(gè)注意的細(xì)節(jié)：從wait()返回的前提是必須獲得調(diào)用對(duì)象鎖，我們?cè)僭黾幽芨?jìng)爭(zhēng)lock的同步代碼塊（紅字部分）。

public class WaitNotify {

 static Object lock = new Object();
 static boolean flag = false;
 public static void main(String[] args) {
  new Thread(new WaitThread(), "WaitThread").start();
  try {
   Thread.sleep(1000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  new Thread(new NotifyThread(), "NotifyThread").start();
 }

 /**
  * 流水線(xiàn)A，完成主要任務(wù)
  */
 static class WaitThread implements Runnable{
  @Override
  public void run() {
   // 獲取object對(duì)象鎖
   synchronized (lock){
    // 條件不滿(mǎn)足時(shí)一直在等，等另外的線(xiàn)程改變?cè)摋l件，并通知該wait線(xiàn)程
    while (!flag){
     try {
      System.out.println(Thread.currentThread() + " is waiting, flag is "+flag);
      // wait()方法調(diào)用就會(huì)釋放鎖，當(dāng)前線(xiàn)程進(jìn)入等待隊(duì)列。
      lock.wait();
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
    // TODO 條件已經(jīng)滿(mǎn)足，不繼續(xù)while，完成任務(wù)
    System.out.println(Thread.currentThread() + " is running, flag is "+flag);
   }
  }
 }
 /**
  * 流水線(xiàn)B，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，并通知流水線(xiàn)A
  */
 static class NotifyThread implements Runnable{
  @Override
  public void run() {
   // 獲取等wait線(xiàn)程同一個(gè)object對(duì)象鎖
   synchronized (lock){
    flag = true;
    // 通知wait線(xiàn)程，我已經(jīng)改變了條件，你可以繼續(xù)返回執(zhí)行了（返回之后繼續(xù)判斷while）
    // 但是此時(shí)通知notify()操作并立即不會(huì)釋放鎖，而是要等當(dāng)前線(xiàn)程釋放鎖
    // TODO 我準(zhǔn)備好配件了，我需要通知全部的組裝流水線(xiàn)A.....
    lock.notifyAll();
    System.out.println(Thread.currentThread() + " hold lock, notify waitThread and flag is "+flag);
   }
   // 模擬跟流水線(xiàn)B競(jìng)爭(zhēng)
   synchronized (lock){
    System.out.println(Thread.currentThread() + " hold lock again");
   }
  }
 }
}

輸出結(jié)果：

Thread[WaitThread,5,main] is waiting, flag is false
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock, notify waitThread and flag is true
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock again
Thread[WaitThread,5,main] is running, flag is true 

其中第三條跟第四條順序可能會(huì)反著來(lái)的，這就是因?yàn)閘ock鎖可能被紅字部分的synchronized代碼塊競(jìng)爭(zhēng)獲?。ㄟ@樣wait()方法可能獲取不到lock鎖，不會(huì)返回），也可能被waitThread獲取從wait()方法返回。

Thread[WaitThread,5,main] is waiting, flag is false
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock, notify waitThread and flag is true
Thread[WaitThread,5,main] is running, flag is true
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock again

三、等待/通知模式的應(yīng)用

1、Thread.join()中源碼應(yīng)用

Thread.join()作用：當(dāng)線(xiàn)程A等待thread線(xiàn)程終止之后才從thread.join()返回， 每個(gè)線(xiàn)程終止的前提是前驅(qū)線(xiàn)程終止，每個(gè)線(xiàn)程等待前驅(qū)線(xiàn)程終止后，才從join方法返回，這里涉及了等待/通知機(jī)制（等待前驅(qū)線(xiàn)程結(jié)束，接收前驅(qū)線(xiàn)程結(jié)束通知）。

Thread.join()源碼中，使用while選好判斷前驅(qū)線(xiàn)程是否活著，如果前驅(qū)線(xiàn)程還活著就一直wait等待，當(dāng)然如果超時(shí)的話(huà)就直接返回。

public final synchronized void join(long millis)
  throws InterruptedException {
    long base = System.currentTimeMillis();
    long now = 0;

    if (millis < 0) {
      throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }
    // 這里的while(){wait(millis)} 就是利用等待/通知中的等待模式，只不過(guò)加上了超時(shí)設(shè)置
    if (millis == 0) {
      // while循環(huán),當(dāng)線(xiàn)程還活著的時(shí)候就一直循環(huán)等待，直到線(xiàn)程終止
      while (isAlive()) {
        // wait等待
        wait(0);
      }
      // 條件滿(mǎn)足時(shí)返回
    } else {
      while (isAlive()) {
        long delay = millis - now;
        if (delay <= 0) {
          break;
        }
        wait(delay);
        now = System.currentTimeMillis() - base;
      }
    }
  }

2、其它的應(yīng)用

　　線(xiàn)程池的本質(zhì)是使用一個(gè)線(xiàn)程安全的工作隊(duì)列連接工作者線(xiàn)程和客戶(hù)端線(xiàn)程，客戶(hù)端線(xiàn)程將任務(wù)放入工作隊(duì)列后便返回，而工作者線(xiàn)程則不斷地從工作隊(duì)列中取出工作并執(zhí)行。那么，在這里的等待/通知模式的應(yīng)用就是：

　　工作隊(duì)列中線(xiàn)程job沒(méi)有的話(huà)也就是工作隊(duì)列為空的情況下，等待客戶(hù)端放入工作隊(duì)列線(xiàn)程任務(wù)，并通知工作線(xiàn)程繼續(xù)從工作隊(duì)列中獲取線(xiàn)程執(zhí)行。

　　注：關(guān)于線(xiàn)程池的應(yīng)用源碼這里不做介紹，因?yàn)橐粫r(shí)也講不完（自己也還沒(méi)有完全消化），先簡(jiǎn)單介紹下應(yīng)用到的地方還有概念。

　　補(bǔ)充：其實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接池也類(lèi)似線(xiàn)程池這種工作流程，也會(huì)涉及等待/通知模式。

3、等待/通知范式

　　介紹了那么多應(yīng)用，這種模式應(yīng)該有個(gè)統(tǒng)一的范式來(lái)套用。對(duì)的，必然是有的：

　　對(duì)于等待者（也可以稱(chēng)之為消費(fèi)者）：

synchronized (對(duì)象lock) {
    while (條件不滿(mǎn)足) {
      對(duì)象.wait();
    }
    // TODO 處理邏輯
  }

　　對(duì)于通知者（也可以稱(chēng)之為生產(chǎn)者）：

synchronized (對(duì)象lock) {
    while (條件滿(mǎn)足) {
      改變條件
      對(duì)象.notify();
    }
  }

　　注意：實(shí)際開(kāi)發(fā)中最好采用的是超時(shí)等待/通知模式，在thread.join()源碼方法中完美體現(xiàn)

四、wait()、notify()、notifyAll()使用前需要加鎖的原因----防止線(xiàn)程即饑餓

（1）其實(shí)根據(jù)wait()注意事項(xiàng)也能明白，wait()是釋放鎖的，那么不加鎖哪來(lái)釋放鎖！

（2）wait()與notify()或者notifyAll()必須是搭配一起使用的，否則線(xiàn)程調(diào)用object.wait()之后，沒(méi)有超時(shí)機(jī)制，也沒(méi)有調(diào)用notify()或者notifyAll()喚醒的話(huà)，就一直處于WAITING狀態(tài)，造成調(diào)用wait()的線(xiàn)程一直都是饑餓狀態(tài)。

（3）由于第2條的，我們已知：即便我們使用了notify()或者notifyAll()去喚醒線(xiàn)程，但是沒(méi)有在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)喚醒（比如調(diào)用wait()之前就喚醒了），那么仍然調(diào)用wait()線(xiàn)程處于WAITING狀態(tài)，所以我們必須保證wait()方法要么不執(zhí)行，要么就執(zhí)行完在被喚醒。也就是下列代碼中1那里不能允許插入調(diào)用notify/notifyAll，自然而然就增加synchronized關(guān)鍵字，保證wait()操作整體執(zhí)行不被破壞！

synchronized (對(duì)象lock) {
    while (條件不滿(mǎn)足) {
      // 1 這里如果先執(zhí)行了notify/notifyAll方法，那么2執(zhí)行之后，該線(xiàn)程就一直WAITING
      對(duì)象.wait(); // 2
    }
    // TODO 處理邏輯
  }

用圖片展示執(zhí)行順序就是：

（4）注意synchronized代碼塊中，代碼錯(cuò)誤或者其它原因線(xiàn)程終止的話(huà)，沒(méi)有執(zhí)行到wait()方法的話(huà)，是會(huì)自動(dòng)釋放鎖的，不必?fù)?dān)心會(huì)死鎖。

到此這篇關(guān)于Java多線(xiàn)程中wait/notify通信模式的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java多線(xiàn)程wait/notify通信模式內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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