Java線程通信之wait-notify通信方式詳解
問題：
1.線程 wait()方法使用有什么前提？
2. 多線程之間如何進行通信？
3. Java 中 notify 和 notifyAll 有什么區(qū)別？
4. 為什么 wait/notify/notifyAll 這些方法不在 thread 類里面？
5. 為什么 wait 和 notify 方法要在同步塊中調(diào)用？
6. notify()和 notifyAll()有什么區(qū)別？
1. 線程通信的定義
線程是操作系統(tǒng)調(diào)度的最小單位，有自己的?？臻g，可以按照既定的代碼逐步執(zhí)行，但是如果每個線程間都孤立地運行，就會造資源浪費。所以在現(xiàn)實中，如果需要多個線程按照指定的規(guī)則共同完成一個任務，那么這些線程之間就需要互相協(xié)調(diào)，這個過程被稱為線程的通信。
線程的通信可以被定義為：當多個線程共同操作共享的資源時，線程間通過某種方式互相告知自己的狀態(tài)，以避免無效的資源爭奪。
線程間通信的方式可以有很多種：等待-通知、共享內(nèi)存、管道流。“等待-通知”通信方式是Java中使用普遍的線程間通信方式，其經(jīng)典的案例是“生產(chǎn)者-消費者”模式。
2. 為什么需要wait-notify?
場景：有幾個小孩都想進入房間內(nèi)使用算盤（CPU）進行計算，老王(操作系統(tǒng))就使用了一把鎖（synchronized）讓同一時間只有一個小孩能進入房間使用算盤，于是他們排隊進入房間。
(1) 小南最先獲取到了鎖，進入到房間內(nèi)，但是由于條件不滿足（沒煙干不了活），小南不能繼續(xù)進行計算 ，但小南如果一直占用著鎖，其它人就得一直阻塞，效率太低。
(2) 于是老王單開了一間休息室（調(diào)用 wait 方法），讓小南到休息室（WaitSet）等著去了，這時鎖釋放開， 其它人可以由老王隨機安排進屋
(3) 直到小M將煙送來，大叫一聲 [ 你的煙到了 ] （調(diào)用 notify 方法）
(4) 小南于是可以離開休息室，重新進入競爭鎖的隊列
java語言中“等待-通知”方式的線程間通信使用對象的wait()、notify()兩類方法來實現(xiàn)。每個java對象都有wait()、notify()兩類實例方法，并且wait()、notify()方法和對象的監(jiān)視器是緊密相關的。
wait()、notify()兩類方法在數(shù)量上不止兩個。wait()、notify()兩類方法不屬于Thread類，而是屬于java對象實例。
3. wait方法和notify方法
java對象中的wait()、notify()兩類方法就如同信號開關，用于等待方和通知方之間的交互。
1、對象的wait()方法
對象的wait()方法的主要作用是讓當前線程阻塞并等待被喚醒。wait()方法與對象監(jiān)視器緊密相關，使用wait()方法時一定要放在同步塊中。wait()方法的調(diào)用方法如下：
public class Main {
static final Object lock = new Object();
public static void method1() throws InterruptedException {
synchronized( lock ) {
lock.wait();
}
}
}
Object類中的wait()方法有三個版本：
(1) void wait()：當前線程調(diào)用了同步對象lock的wait()實例方法后，將導致當前的線程等待，當前線程進入lock的監(jiān)視器WaitSet，等待被其他線程喚醒；
(2) void wait(long timeout)：限時等待。導致當前的線程等待，等待被其他線程喚醒，或者指定的時間timeout用完，線程不再等待；
(3) void wait(long timeout,int nanos)：高精度限時等待，其主要作用是更精確地控制等待時間。參數(shù)nanos是一個附加的納秒級別的等待時間；
2、對象的notify()方法
對象的notify()方法的主要作用是喚醒在等待的線程。notify()方法與對象監(jiān)視器緊密相關，調(diào)用notify()方法時也需要放在同步塊中。notify()方法的調(diào)用方法如下：
public class Main {
static final Object lock = new Object();
public static void method1() throws InterruptedException {
synchronized( lock ) {
lock.notify();
}
}
}
notify()方法有兩個版本：
(1)void notify()：lock.notify()調(diào)用后，喚醒lock監(jiān)視器等待集中的第一條等待線程；被喚醒的線程進入EntryList，其狀態(tài)從WAITING變成BLOCKED。
(2) void notifyAll()：lock.notifyAll()被調(diào)用后，喚醒lock監(jiān)視器等待集中的全部等待線程，所有被喚醒的線程進入EntryList，線程狀態(tài)從WAITING變成BLOCKED。
小結(jié)：
obj.wait()：讓進入Object監(jiān)視器的線程到waitset等待
obj.notify()：在Object上正在waitset等待的線程中挑一個喚醒
obj.notifyAll()：讓在Object上正在waitset等待的線程全部喚醒
4. wait方法和notify方法的原理
對象的wait()方法的核心原理大致如下：
(1) 當線程調(diào)用了lock（某個同步鎖對象）的wait()方法后，jvm會將當前線程加入lock監(jiān)視器的WaitSet（等待集），等待被其他線程喚醒。
(2) 當前線程會釋放lock對象監(jiān)視器的Owner權利，讓其他線程可以搶奪lock對象的監(jiān)視器。
(3) 讓當前線程等待，其狀態(tài)變成WAITING。在線程調(diào)用了同步對象lock的wait()方法之后，同步對象lock的監(jiān)視器內(nèi)部狀態(tài)大致如圖2-15所示。
對象的notify()或者notifyAll()??????????????方法的原理大致如下：
(1) 當線程調(diào)用了lock（某個同步鎖對象）的notify()方法后，jvm會喚醒lock監(jiān)視器WaitSet中的第一條等待線程。
(2) 當線程調(diào)用了lock的notifyAll()方法后，jvm會喚醒lock監(jiān)視器WaitSet中的所有等待線程。
(3) 等待線程被喚醒后，會從監(jiān)視器的WaitSet移動到EntryList，線程具備了排隊搶奪監(jiān)視器Owner權利的資格，其狀態(tài)從WAITING變成BLOCKED。
(4) EntryList中的線程搶奪到監(jiān)視器的Owner權利之后，線程的狀態(tài)從BLOCKED變成Runnable，具備重新執(zhí)行的資格。
(1) Owner 線程發(fā)現(xiàn)條件不滿足，調(diào)用wait 方法，即可進入WaitSet，變?yōu)?WAITING 狀態(tài) ；
(2) BLOCKED 和WAITING 的線程都處于阻塞狀態(tài)，不占用CPU時間片 ；
(3) BLOCKED：線程會在Owner 線程釋放鎖時喚醒 ；
(4) WAITING ：線程會在Owner 線程調(diào)用notify 或 notifyAll時喚醒，但喚醒后并不意味者立刻獲得鎖，仍需進入 EntryList 重新競爭；
5. wait方法和notify方法示例
1、進入Object監(jiān)視器的線程才能調(diào)用wait()方法
小南并不能直接進入WaitSet休息室，而是獲取鎖進入房間后才能進入休息室，沒有鎖的話小南沒法進入房間，更沒法進入休息室。他進入休息室后就會釋放鎖，讓其他線程競爭鎖進入房間。
public class Main {
static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
synchronized (lock){
try {
// 只有成為了monitor對象的owner,即獲得了對象鎖之后，才有資格進入waitset等待
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
2、進入Object監(jiān)視器的線程才能調(diào)用notify()方法
小M此時獲取到了鎖，進入了房間，并喚醒了在休息室中等待的小王，小M如果獲取到鎖進行房間時沒有辦法喚醒在休息室等待的小王的，因為此時小M在門外，小王根本聽不到。
使用notify()喚醒等待區(qū)的一個線程：
public class Main {
static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(()->{
System.out.println("t1線程開始執(zhí)行...");
synchronized (lock){
try {
// 讓t1線程在lock鎖的waitset中等待
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 被喚醒后，繼續(xù)執(zhí)行
System.out.println("線程t1被喚醒...");
}
},"t1");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(()->{
System.out.println("t2線程開始執(zhí)行...");
synchronized (lock){
try {
// 讓t2線程在lock鎖的waitset中等待
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 被喚醒后，繼續(xù)執(zhí)行
System.out.println("線程t2被喚醒...");
},"t2");
t2.start();
Thread.sleep(2000);
System.out.println("喚醒lock鎖上等待的線程...");
synchronized (lock){
// 主線程拿到鎖后，喚醒正在休息室中等待的某一個線程
lock.notify();
}
}
}
執(zhí)行結(jié)果：
t1線程開始執(zhí)行...
t2線程開始執(zhí)行...
喚醒lock鎖上等待的線程...
線程t1被喚醒...
使用notifyAll()喚醒等待區(qū)所有的線程：
public class Main {
static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(()->{
System.out.println("t1線程開始執(zhí)行...");
synchronized (lock){
try {
// 讓t1線程在lock鎖的waitset中等待
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 被喚醒后，繼續(xù)執(zhí)行
System.out.println("線程t1被喚醒...");
}
},"t1");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(()->{
System.out.println("t2線程開始執(zhí)行...");
synchronized (lock){
try {
// 讓t2線程在lock鎖的waitset中等待
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 被喚醒后，繼續(xù)執(zhí)行
System.out.println("線程t2被喚醒...");
},"t2");
t2.start();
Thread.sleep(2000);
System.out.println("喚醒lock鎖上等待的線程...");
synchronized (lock){
// 主線程拿到鎖后，喚醒正在休息室中等待的所有線程
lock.notifyAll();
}
}
}
執(zhí)行結(jié)果：
t1線程開始執(zhí)行...
t2線程開始執(zhí)行...
喚醒lock鎖上等待的線程...
線程t2被喚醒...
線程t1被喚醒...
6. 為什么 wait 和 notify 方法要在同步塊中調(diào)用？
在調(diào)用同步對象的wait()和notify()系列方法時，“當前線程”必須擁有該對象的同步鎖，也就是說，wait()和notify()系列方法需要在同步塊中使用，否則JVM會拋出類似如下的異常：
為什么wait和notify不在synchronized同步塊的內(nèi)部使用會拋出異常呢？這需要從wait()和notify()方法的原理說起。
wait()方法的原理：
首先，JVM會釋放當前線程的對象鎖監(jiān)視器的Owner資格；其次，JVM會將當前線程移入監(jiān)視器的WaitSet隊列，而這些操作都和對象鎖監(jiān)視器是相關的。所以，wait()方法必須在synchronized同步塊的內(nèi)部調(diào)用。在當前線程執(zhí)行wait()方法前，必須通過synchronized()方法成為對象鎖的監(jiān)視器的Owner。
notify()方法的原理：
JVM從對象鎖的監(jiān)視器的WaitSet隊列移動一個線程到其EntryList隊列，這些操作都與對象鎖的監(jiān)視器有關。所以，notify()方法也必須在synchronized同步塊的內(nèi)部調(diào)用。在執(zhí)行notify()方法前，當前線程也必須通過synchronized()方法成為對象鎖的監(jiān)視器的Owner。
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關注腳本之家的更多內(nèi)容!
相關文章
這篇文章主要介紹了Centos中yum方式安裝java的實現(xiàn)示例，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，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2020-04-04
Java中ArrayList和LinkedList的區(qū)別
ArrayList和LinkedList在這個方法上存在一定的性能差異，本文就介紹了Java中ArrayList和LinkedList的區(qū)別，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2023-06-06
SiteMesh如何結(jié)合Freemarker及velocity使用
這篇文章主要介紹了SiteMesh如何結(jié)合Freemarker及velocity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2020-10-10
在日常工作中,我們經(jīng)常要將一些照片插入到Excel表格中,這篇文章主要給大家介紹了關于java讀取excel圖片導入的相關資料,文中通過代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下2023-10-10
這篇文章主要介紹了Java NIO實戰(zhàn)之聊天室功能,結(jié)合實例形式詳細分析了java NIO聊天室具體的服務端、客戶端相關實現(xiàn)方法與操作注意事項,需要的朋友可以參考下2019-11-11
這篇文章主要介紹了Java CAS基本實現(xiàn)原理代碼實例解析,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2020-07-07
圖的遍歷是指，從給定圖中任意指定的頂點（稱為初始點）出發(fā)，按照某種搜索方法沿著圖的邊訪問圖中的所有頂點，使每個頂點僅被訪問一次，這個過程稱為圖的遍歷。遍歷過程中得到的頂點序列稱為圖遍歷序列2022-03-03
java實現(xiàn)求只出現(xiàn)一次的數(shù)字
本文主要介紹了java實現(xiàn)求只出現(xiàn)一次的數(shù)字，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，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2023-02-02
這篇文章主要介紹了Java中泛型總結(jié)，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，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2019-03-03
這篇文章主要介紹了JAVA面向?qū)ο?封裝原理及實例解析,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2020-02-02