Java使用wait/notify實(shí)現(xiàn)線程間通信上篇
線程是操作系統(tǒng)中獨(dú)立的個(gè)體，但這些個(gè)體如果不經(jīng)過特殊的處理就不能成為一個(gè)整體。線程間的通信就是成為整體的必用方案之一，使用線程間進(jìn)行通信后，系統(tǒng)之間的交互性會(huì)更強(qiáng)大，大大提高CPU利用率。
等待/通知機(jī)制
（1）不使用等待/通知機(jī)制實(shí)現(xiàn)線程間通信
樣例代碼如下：
public class TestC2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
MyList myList = new MyList();
ThreadA threadA = new ThreadA(myList);
threadA.setName("A");
ThreadB threadB = new ThreadB(myList);
threadB.setName("B");
threadB.start();
threadA.start();
}
}
class MyList {
volatile private List list = new ArrayList();
public void add() {
list.add("NanJing");
}
public int size() {
return list.size();
}
}
class ThreadA extends Thread {
private MyList myList;
public ThreadA(MyList myList) {
this.myList = myList;
}
@Override
public void run() {
try {
for (int i=0; i<10; i++) {
myList.add();
System.out.println("添加了" + (i+1) + "個(gè)元素");
Thread.sleep(1000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadB extends Thread {
private MyList myList;
public ThreadB(MyList myList) {
this.myList = myList;
}
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
int myListSize = myList.size();
if (myListSize == 5) {
System.out.println("myList長(zhǎng)度等于5了，線程需要退出了");
throw new InterruptedException();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}執(zhí)行結(jié)果：
分析：
程序運(yùn)行后的效果如上圖所示：
雖然 ThreadA 和 ThreadB 實(shí)現(xiàn)了通信，但有一個(gè)弊端就是，ThreadB 需要不停地通過 while 語句輪詢機(jī)制來檢測(cè)某一個(gè)條件，這樣會(huì)浪費(fèi)CPU資源。
如果輪詢的時(shí)間間隔很小，更浪費(fèi)CPU資源；如果輪詢的時(shí)間間隔很大，有可能會(huì)取不到想要得到的數(shù)據(jù)。所以就需要有一種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)減少CPU的資源浪費(fèi)，而且還可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)線程間通信，它就是 “等待/通知”（wait/notify）機(jī)制。
（2）什么是等待/通知機(jī)制
等待/通知機(jī)制在生活中比比皆是，比如在就餐時(shí)就會(huì)出現(xiàn)
廚師和服務(wù)員之間的交互要在 “菜品傳遞臺(tái)”上，在這期間會(huì)有幾個(gè)問題：
問題一：廚師做完一道菜的時(shí)間不確定，所以廚師將菜品放到“菜品傳遞臺(tái)”上的時(shí)間也不確定。
問題二：服務(wù)員取到菜的時(shí)間取決于廚師，所以服務(wù)員就有“等待”（wait）的狀態(tài)。
問題三：服務(wù)員如何能取到菜呢？這又得取決于廚師，廚師將菜放在“菜品傳遞臺(tái)”上，其實(shí)就相當(dāng)于一種通知（notfiy），這時(shí)服務(wù)員才可以拿到菜并交給就餐者。
問題四：在這個(gè)過程中出現(xiàn)了“等待/通知”機(jī)制。
（3）等待/通知機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
方法wait()的作用是使當(dāng)前執(zhí)行代碼的線程進(jìn)行等待，wait()方法是Object類的方法，該方法用來將當(dāng)前線程置入“預(yù)執(zhí)行隊(duì)列”中，并且在wait()所在的代碼行處停止執(zhí)行，直到接到通知或被中斷為止。在調(diào)用wait()之前，線程必須獲取該對(duì)象的對(duì)象級(jí)別鎖，即只能在同步方法或同步塊中調(diào)用wait()方法。在執(zhí)行wait()方法后，當(dāng)前線程釋放鎖。在從wait()返回前，線程與其他線程競(jìng)爭(zhēng)重新獲得鎖。如果調(diào)用wait()時(shí)沒有持有適當(dāng)?shù)逆i，則拋出 IllegalMonitorStateException，它是 RuntimeException的一個(gè)子類，因此，不需要 try-catch 語句進(jìn)行捕捉異常。
方法notify()也要在同步方法或同步塊中調(diào)用，即在調(diào)用前，線程也必須獲取該對(duì)象的對(duì)象級(jí)別鎖。如果調(diào)用notify()時(shí)沒有持有適當(dāng)?shù)逆i，也會(huì)拋出IllegalMonitorStateException。該方法用來通知那些可能等待該對(duì)象的對(duì)象鎖的其他線程，如果有多個(gè)線程等待，則由線程規(guī)劃器隨機(jī)挑選出其中一個(gè)呈wait狀態(tài)的線程，對(duì)其發(fā)出通知notify，并是它等待獲取該對(duì)象的對(duì)象鎖。需要說明是：在執(zhí)行notify()方法后，當(dāng)前線程不會(huì)馬上釋放該對(duì)象鎖，呈wait狀態(tài)的線程也并不能馬上獲取該對(duì)象鎖，要等到執(zhí)行notify()方法的線程將程序執(zhí)行完，也就是退出synchronized代碼塊后，當(dāng)前線程才會(huì)釋放鎖，而呈wait狀態(tài)所在的線程才可以獲取該對(duì)象鎖。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)獲得了該對(duì)象鎖的wait線程運(yùn)行完畢以后，它會(huì)釋放掉該對(duì)象鎖，此時(shí)如果該對(duì)象沒有再次使用notify語句，則幾遍該對(duì)象已經(jīng)空閑，其他wait狀態(tài)等待的線程由于沒有得到該對(duì)象的通知，還會(huì)繼續(xù)阻塞在wait狀態(tài)，直到這個(gè)對(duì)象發(fā)出一個(gè)notify 或 notifyAll。
總結(jié)一下：
wait：使線程停止運(yùn)行
notify：使停止的線程繼續(xù)運(yùn)行
驗(yàn)證1：在調(diào)用wait()之前，線程必須獲取該對(duì)象的對(duì)象級(jí)別鎖，即只能在同步方法或同步塊中調(diào)用wait()方法。如果調(diào)用wait()時(shí)沒有持有適當(dāng)?shù)逆i，則拋出IllegalMonitorStateException。
@Test
public void test1() {
try {
String str = new String("");
str.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}執(zhí)行結(jié)果：
驗(yàn)證2：調(diào)用了wait()，線程會(huì)在調(diào)用wait()所在的代碼行處停止執(zhí)行，直到接到通知或被中斷為止。
@Test
public void test2() {
String lockStr = new String("");
System.out.println("sync 上面");
try {
synchronized (lockStr) {
System.out.println("進(jìn)入 sync");
lockStr.wait();
System.out.println("wait 下的代碼");
}
System.out.println("sync 下面的代碼");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}執(zhí)行結(jié)果：
結(jié)果分析：
線程執(zhí)行了wait()方法后，程序就停止不前，不繼續(xù)向下運(yùn)行了。如何使呈等待wait狀態(tài)的線程繼續(xù)運(yùn)行呢？答案就是使用notify()方法。
@Test
public void test3() {
try {
Object lock = new Object();
ThreadC3A threadC3A = new ThreadC3A(lock);
threadC3A.start();
Thread.sleep(3000);
ThreadC3B threadC3B = new ThreadC3B(lock);
threadC3B.start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
class ThreadC3A extends Thread {
private Object lock;
public ThreadC3A(Object lock) {
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
try {
synchronized (lock) {
System.out.println("開始 wait，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
lock.wait();
System.out.println("結(jié)束 wait，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadC3B extends Thread {
private Object lock;
public ThreadC3B(Object lock) {
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
synchronized (lock) {
System.out.println("開始 notify，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
lock.notify();
System.out.println("結(jié)束 notify，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
}
}
}
執(zhí)行結(jié)果：
開始 wait，Time=[1659520582642]
開始 notify，Time=[1659520585652]
結(jié)束 notify，Time=[1659520585652]
結(jié)束 wait，Time=[1659520585656]
驗(yàn)證3：notify方法用來通知那些可能等待該對(duì)象的對(duì)象鎖的其他線程，如果有多個(gè)線程等待，則有線程規(guī)劃器隨機(jī)挑選出其中一個(gè)呈wait狀態(tài)的線程，對(duì)其發(fā)出通知notify，并使它等待獲取該對(duì)象的對(duì)象鎖。
public class TestC5 {
@Test
public void test1() {
Object obj = new Object();
MyArrayList list = new MyArrayList();
ThreadC5B threadC5B = new ThreadC5B(obj, list);
threadC5B.start();
ThreadC5C threadC5C = new ThreadC5C(obj, list);
threadC5C.start();
ThreadC5A threadC5A = new ThreadC5A(obj, list);
threadC5A.start();
while (Thread.activeCount() > 1) {
}
}
}
class ThreadC5A extends Thread {
private Object lock;
private MyArrayList list;
public ThreadC5A(Object lock, MyArrayList list) {
this.lock = lock;
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
try {
synchronized (lock) {
for (int i=0; i<10; i++) {
list.add();
System.out.println("ThreadC5A 新增第[" + (i+1) + "]個(gè)元素");
if (list.size() == 5) {
lock.notify();
System.out.println("ThreadC5A 發(fā)出通知，通知等待的線程 ThreadC5B 或 ThreadC5C");
}
Thread.sleep(1000);
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadC5B extends Thread {
private Object lock;
private MyArrayList list;
public ThreadC5B(Object lock, MyArrayList list) {
this.lock = lock;
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
synchronized (lock) {
System.out.println("ThreadC5B 等待被通知");
lock.wait();
System.out.println("ThreadC5B 收到通知，退出");
return;
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadC5C extends Thread {
private Object lock;
private MyArrayList list;
public ThreadC5C(Object lock, MyArrayList list) {
this.lock = lock;
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
synchronized (lock) {
System.out.println("ThreadC5C 等待被通知");
lock.wait();
System.out.println("ThreadC5C 收到通知，退出");
return;
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}執(zhí)行結(jié)果：
結(jié)果分析：
可以看到處于wait狀態(tài)的ThreadC5B線程被通知到繼續(xù)執(zhí)行，而ThreadC5C線程則一直將處于wait狀態(tài)，無法繼續(xù)執(zhí)行。倘若我們將ThreadC5A線程中的 lock.notify() 改寫為 lock.notifyAll()，則結(jié)果就不一樣，如圖所示：
發(fā)現(xiàn)ThreadC5B 和 ThreadC5C線程均獲取到了對(duì)象鎖，完成了wait()后面代碼的執(zhí)行。
驗(yàn)證4：上圖的結(jié)果還可以驗(yàn)證在執(zhí)行notify()方法后，當(dāng)前線程不會(huì)馬上釋放該對(duì)象鎖，呈wait狀態(tài)的線程也并不能馬上獲取該對(duì)象鎖，要等到執(zhí)行notify()方法的線程將程序執(zhí)行完，也就是退出synchronized代碼塊后，當(dāng)前線程才會(huì)釋放鎖，而呈wait狀態(tài)所在的線程才可以獲取該對(duì)象鎖。
結(jié)果分析：
可以看出 ThreadC5A 線程在list 長(zhǎng)度為5的時(shí)候，則通知了 ThreadC5B 和 ThreadC5C 兩個(gè)處于wait狀態(tài)的線程，但是 ThreadC5B 和 ThreadC5C 線程并沒有立馬繼續(xù)執(zhí)行，因?yàn)榇藭r(shí) ThreadC5A 并沒有釋放對(duì)象鎖，而是繼續(xù)執(zhí)行 synchronized的代碼塊，直到退出synchronized代碼塊后，ThreadC5A 才釋放了對(duì)象鎖，ThreadC5B 和 ThreadC5C 獲得對(duì)象鎖，才得以繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼。
到此這篇關(guān)于Java使用wait/notify實(shí)現(xiàn)線程間通信上篇的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java wait/notify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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