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Java线程间协作:wait.notify.notifyAll


 

   

  JAVA的进程同步是通过synchronized()来实现的,需要说明的是,JAVA的synchronized()方法类似于操作系统概念中的互斥内存块,在JAVA中的Object类型中,都是带有一个内存锁的,在有线程获取该内存锁后,其它线程无法访问该内存,从而实现JAVA中简单的同步、互斥操作。明白这个原理,就能理解为什么synchronized(this)与synchronized(static XXX)的区别了,synchronized就是针对内存区块申请内存锁,this关键字代表类的一个对象,所以其内存锁是针对相同对象的互斥操作,而static成员属于类专有,其内存空间为该类所有成员共有,这就导致synchronized()对static成员加锁,相当于对类加锁,也就是在该类的所有成员间实现互斥,在同一时间只有一个线程可访问该类的实例。如果只是简单的想要实现在JAVA中的线程互斥,明白这些基本就已经够了。但是如果需要在线程间进行协作通信,就需要借助Object对象的wait,notify和notifyAll方法了。

  在Java中,可以通过配合调用Object对象的wait方法和notify方法或notifyAll方法来实现线程间的协作通信。在线程中调用wait方法,将阻塞等待其他线程的通知(其他线程调用notify方法或notifyAll方法),在线程中调用notify方法或notifyAll方法,将通知其他线程从wait方法处返回。

  Object.wait()与Object.notify()必须要与同步块或同步方法(synchronized块或者synchronized方法)一起使用,也就是wait与notify是针对已经获取了Object锁进行操作,从语法角度来说就是Object.wait(),Object.notify必须在同步块或同步方法内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后,主动释放对象锁,同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程,才能继续获取对象锁,并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后,并不是马上就释放对象锁的,而是在相应的同步块或同步方法中执行结束,自动释放锁后,JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程,释放CPU控制权,主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时,释放了对象锁的控制。wait方法

  调用线程的sleep,yield方法时,线程并不会让出对象锁,wait却不同。

  wait函数必须在同步代码块中调用(也就是当前线程必须持有对象的锁),他的功能是这样的:我累了,休息一会儿,对象的锁你们拿去用吧,CPU也给你们。调用了wait函数的线程会一直等待,直到有其他线程调用了同一个对象的notify或者notifyAll方法才能被唤醒,需要注意的是:被唤醒并不代表立即获得对象的锁。也就是说,一个线程调用了对象的wait方法后,他需要等待两件事情的发生:

  1. 有其他线程调用同一个对象的notify或者notifyAll方法(调用notify/notifyAll方法之前)

  2. 被唤醒之后重新获得对象的锁(调用notify/notifyAll方法之后)

  才能继续往下执行后续动作。

  如果一个线程调用了某个对象的wait方法,但是后续并没有其他线程调用该对象的notify或者notifyAll方法,则该线程将会永远等下去…

  notify和notifyAll方法

  notify/notifyAll方法也必须在同步代码块中调用(也就是调用线程必须持有对象的锁),他们的功能是这样的:

  女士们,先生们请注意,锁的对象我即将用完,请大家醒醒,准备一下,马上你们就能使用锁了。不同的是,notify方法只会唤醒一个正在等待的线程(至于唤醒谁,不确定!),而notifyAll方法会唤醒所有正在等待的线程。还有一点需要特别强调:调用notify和notifyAll方法后,当前线程并不会立即放弃锁的持有权,而必须要等待当前同步代码块执行完才会让出锁。

  如果一个对象之前没有调用wait方法,那么调用notify方法是没有任何影响的。

  下面来看一个例子:

  package com.cooperation;

  import java.util.concurrent.TimeUnit;

  public class Test

  {

  public static Object object = new Object();

  static class Thread1 implements Runnable

  {

  @Override

  public void run()

  {

  synchronized(object)

  {

  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is running.");

  try

  {

  object.wait();

  }

  catch (InterruptedException e)

  {

  e.printStackTrace();

  }

  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get the lock.");

  }

  }

  }

  static class Thread2 implements Runnable

  {

  @Override

  public void run()

  {

  synchronized(object)

  {

  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is running.");

  object.notify();

  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" invoke notify()");

  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" release the

  lock.");

  }

  }

  }

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException

  {

  Thread thread1 = new Thread(new Thread1());

  Thread thread2 = new Thread(new Thread2());

  thread1.start();

  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

  thread2.start();

  }

  }

  运行结果(运行多次,结果相同):

  Thread-0 is running.

  Thread-1 is running.

  Thread-1 invoke notify()

  Thread-1 release the lock.

  Thread-0 get the lock.

  可以看到当Thread-0调用了wait方法后就释放了object锁,Thread-1获取锁之后调用notify的释放锁,但是这个时候Thread没有立刻获取object锁,而是等到了Thread-1的同步块退出之后才获取了object的锁。

  如果将class Thread2中的 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" release the lock.");这句放在synchronized(object)的外面,有可能出现如下的运行结果:

  Thread-0 is running.

  Thread-1 is running.

  Thread-1 invoke notify()

  Thread-0 get the lock.

  Thread-1 release the lock.

  这是因为,当Thread-1释放了object锁并且退出了同步块之后Thread-0立刻获取了锁,而这时候两个线程的打印语句的顺序就随机了。

  在JDK1.4之后出现了一个Condition类,这个类也能够实现相同的功能,并且一般建议使用Condition替代wait,notify,notifyAll家族,实现更安全的线程间协作通信功能,比如ArrayBlockingQueue就是使用Condition实现阻塞队列的。这个我在以后的博客中会涉及到。

  如果有什么意见或者建议请在下方留言。