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Java线程间通信之wait/notify

发表日期:2017-06-18文章编辑:仙桃云科网络科技有限公司

Java中的wait/notify/notifyAll可用来实现线程间通信,是Object类的方法,这三个方法都是native方法,是平台相关的,常用来实现生产者/消费者模式。先来我们来看下相关定义:

    wait() :调用该方法的线程进入WATTING状态,只有等待另外线程的通知或中断才会返回,调用wait()方法后,会释放对象的锁。

    wait(long):超时等待最多long毫秒,如果没有通知就超时返回。

    notify() : 通知一个在对象上等待的线程,使其从wait()方法返回,而返回的前提是该线程获取到了对象的锁。

    notifyAll():通知所有等待在该对象上的线程。

一个小例子

  我们来模拟个简单的例子来说明,我们楼下有个小小的饺子馆,生意火爆,店里有一个厨师,一个服务员,为避免厨师每做好一份,服务员端出去一份,效率太低且浪费体力。现假设厨师每做好10份,服务员就用一个大木盘子端给客户,每天卖够100份就打烊收工,厨师服务员各自回家休息。

  思考一下,要实现该功能,如果不使用等待/通知机制,那么最直接的方式可能就是,服务员隔一段时间去厨房看看,满10份就用盘子端出去。这种方式有两个很大的弊病:

  1.如果服务员去厨房看的太勤快,服务员太累了,这样还不如每做一碗就端一碗给客人,大木盘子的作用就体现不出来了。具体表现在实现代码层面就是:需要不断的循环,浪费处理器资源。

  2.如果服务员隔很久才去厨房看一下,就无法确保及时性了,可能厨师早都做够10份了,服务员却没观察到。

  针对上面这个例子,使用等待/通知机制就合理的多了,厨师每做够10份,就喊一声“饺子好了,可以端走啦”。服务员收到通知,就去厨房将饺子端给客人;厨师还没做够,即还没收到厨师的通知,就可以稍微休息下,但也得竖起耳朵等候厨师的通知。 

 

 一个小例子

运行结果

 运行结果

 运行机制

借用《并发编程的艺术》中的一张图来了解下wait/notify的运行机制

可能有人会对所谓监视器(monitor),对象锁(lock)不甚了解,在此简单解释下:

  jvm为每一个对象和类都关联一个锁,锁住了一个对象,就是获得了对象相关联的监视器。

  只有获取到对象锁,才能拿到监视器,如果获取锁失败了,那么线程就会进入阻塞队列中;如果成功拿到对象锁,也可以使用wait()方法,在监视器上等待,此时会释放锁,并进入等地队列中。

  关于锁和监视器的区别,园子里有个哥们的文章写得很详细透彻,在此引用一下,有兴趣的童鞋可以了解一下锁和监视器之间的区别 - Java并发

根据上面的图我们来理一下具体的过程

   1.首先,waitThread获取对象锁,然后调用wait()方法,此时,wait线程会放弃对象锁,同时进入对象的等待队列WaitQueue中;

   2.notifyThread线程抢占到对象锁,执行一些操作后,调用notify()方法,此时会将等待线程waitThread从等待队列WaitQueue中移到同步队列SynchronizedQueue中,waitThread由waitting状态变为blocked状态。需要注意的时,notifyThread此时并不会立即释放锁,它继续运行,把自己剩余的事儿干完之后才会释放锁;

  3.waitThread再次获取到对象锁,从wait()方法返回继续执行后续的操作;

  4.一个基于等待/通知机制的线程间通信的过程结束。

至于notifyAll则是在第二步中将等待队列中的所有线程移到同步队列中去。

避免踩坑

  在使用wait/notify/notifyAll时有一些特别留意的,在此再总结一下:

    1.一定在synchronized中使用wait()/notify()/notifyAll(),也就是说一定要先获取锁,这个前面我们讲过,因为只有加锁后,才能获得监视器。否则jvm也会抛出IllegalMonitorStateException异常。

    2.使用wait()时,判断线程是否进入wait状态的条件一定要使用while而不要使用if,因为等待线程可能会被错误地唤醒,所以应该使用while循环在等待前等待后都检查唤醒条件是否被满足,保证安全性。

    3.notify()或notifyAll()方法调用后,线程不会立即释放锁。调用只会将wait中的线程从等待队列移到同步队列,也就是线程状态从waitting变为blocked;

    4.从wait()方法返回的前提是线程重新获得了调用对象的锁。

后记

  关于wait/notify的相关内容就介绍到此,在实际使用中,要特别留意上文中提到的几点,不过一般情况下,我们直接使用wait/notify/notifyAll去完成线程间通信,生产者/消费者模型的机会不多,因为Java并发包中已经提供了很多优秀精妙的工具,像各种BlockingQueue等等,后面有机会也会详细介绍的。

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