????關(guān)注后回復(fù) “進(jìn)群” ，拉你進(jìn)程序員交流群????

作者丨ytao

來源丨ytao

前言

Java 線程通信是將多個(gè)獨(dú)立的線程個(gè)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，使得線程與線程之間能進(jìn)行相互通信。比如線程 A 修改了對(duì)象的值，然后通知給線程 B，使線程 B 能夠知道線程 A 修改的值，這就是線程通信。

wait/notify 機(jī)制

一個(gè)線程調(diào)用 Object 的 wait() 方法，使其線程被阻塞；另一線程調(diào)用 Object 的 notify()/notifyAll() 方法，wait() 阻塞的線程繼續(xù)執(zhí)行。

wai/notify 方法

方法	說明
wait()	當(dāng)前線程被阻塞，線程進(jìn)入 WAITING 狀態(tài)
wait(long)	設(shè)置線程阻塞時(shí)長，線程會(huì)進(jìn)入 TIMED_WAITING 狀態(tài)。如果設(shè)置時(shí)間內(nèi)（毫秒）沒有通知，則超時(shí)返回
wait(long, int)	納秒級(jí)別的線程阻塞時(shí)長設(shè)置
notify()	通知同一個(gè)對(duì)象上已執(zhí)行 wait() 方法且獲得對(duì)象鎖的等待線程
notifyAll()	通知同一對(duì)象上所有等待的線程

實(shí)現(xiàn) wait/notify 機(jī)制的條件：

調(diào)用 wait 線程和 notify 線程必須擁有相同對(duì)象鎖。
wait() 方法和 notify()/notifyAll() 方法必須在 Synchronized 方法或代碼塊中。

由于 wait/notify 方法是定義在 java.lang.Object中，所以在任何 Java 對(duì)象上都可以使用。

wait 方法

在執(zhí)行 wait() 方法前，當(dāng)前線程必須已獲得對(duì)象鎖。調(diào)用它時(shí)會(huì)阻塞當(dāng)前線程，進(jìn)入等待狀態(tài)，在當(dāng)前 wait() 處暫停線程。同時(shí)，wait() 方法執(zhí)行后，會(huì)立即釋放獲得的對(duì)象鎖。

下面通過案例來查看 wait() 釋放鎖。

首先查看不使用 wait() 方法時(shí)的代碼執(zhí)行情況：

package top.ytao.demo.thread.waitnotify;

/**
 * Created by YangTao
 */
publicclassWaitTest{

staticObject object = newObject();

publicstaticvoid main(String[] args) {

newThread(() -> {
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 A");
try{
Thread.sleep(2000L);
} catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
}
System.out.println("結(jié)束線程 A");
}
}, "線程 A").start();


newThread(() -> {
try{
Thread.sleep(500L);
} catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
}
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 B");

System.out.println("結(jié)束線程 B");
}
}, "線程 B").start();

}

}

創(chuàng)建 A、B 兩個(gè)線程，。首先在 B 線程創(chuàng)建后 sleep ，保證 B 線程的打印后于 A 線程執(zhí)行。在 A 線程中，獲取到對(duì)象鎖后，sleep 一段時(shí)間，且時(shí)間大于 B 線程的 sleep 時(shí)間。

執(zhí)行結(jié)果為：

從上圖結(jié)果中，可以看到，B 線程一定等 A 線程執(zhí)行完 synchronize 代碼塊釋放對(duì)象鎖后 A 線程再獲取對(duì)象鎖進(jìn)入 synchronize 代碼塊中。在這過程中，Thread.sleep() 方法也不會(huì)釋放鎖。

當(dāng)前在 A 線程 synchronize 代碼塊中執(zhí)行 wait() 方法后，就會(huì)主動(dòng)釋放對(duì)象鎖，A 線程代碼如下：

newThread(() -> {
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 A");
try{
// 調(diào)用 object 對(duì)象的 wait 方法
            object.wait();
Thread.sleep(2000L);
} catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
}
System.out.println("結(jié)束線程 A");
}
}, "線程 A").start();

執(zhí)行結(jié)果（這里結(jié)果圖片放錯(cuò)，查看原文有正確圖片）：

同時(shí) A 線程一直處于阻塞狀態(tài)，不會(huì)打印 結(jié)束線程A。

wait(long) 方法是設(shè)置超時(shí)時(shí)間，當(dāng)?shù)却龝r(shí)間大于設(shè)置的超時(shí)時(shí)間后，會(huì)繼續(xù)往 wait(long) 方法后的代碼執(zhí)行。

newThread(() -> {
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 A");
try{
            object.wait(1000);
Thread.sleep(2000L);
} catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
}
System.out.println("結(jié)束線程 A");
}
}, "線程 A").start();

執(zhí)行結(jié)果

同理，wait(long, int) 方法與 wait(long) 同樣，只是多個(gè)納秒級(jí)別的時(shí)間設(shè)置。

notify 方法

同樣，在執(zhí)行 notify() 方法前，當(dāng)前線程也必須已獲得線程鎖。調(diào)用 notify() 方法后，會(huì)通知一個(gè)執(zhí)行了 wait() 方法的阻塞等待線程，使該等待線程重新獲取到對(duì)象鎖，然后繼續(xù)執(zhí)行 wait() 后面的代碼。但是，與 wait() 方法不同，執(zhí)行 notify() 后，不會(huì)立即釋放對(duì)象鎖，而需要執(zhí)行完 synchronize 的代碼塊或方法才會(huì)釋放鎖，所以接收通知的線程也不會(huì)立即獲得鎖，也需要等待執(zhí)行 notify() 方法的線程釋放鎖后再獲取鎖。

notify()

下面是 notify() 方法的使用，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的 wait/notify 的例子，同時(shí)驗(yàn)證發(fā)出通知后，執(zhí)行 notify() 方法的線程是否立即釋放鎖，執(zhí)行 wait() 方法的線程是否立即獲取鎖。

package top.ytao.demo.thread.waitnotify;

/**
 * Created by YangTao
 */
publicclassWaitNotifyTest{

staticObject object = newObject();

publicstaticvoid main(String[] args) {
System.out.println();

newThread(() -> {
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 A");
try{
                    object.wait();
System.out.println("A 線程重新獲取到鎖，繼續(xù)進(jìn)行");
} catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
}
System.out.println("結(jié)束線程 A");
}
}, "線程 A").start();


newThread(() -> {
try{
Thread.sleep(500L);
} catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
}
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 B");
                object.notify();
System.out.println("線程 B 通知完線程 A");
try{
// 試驗(yàn)執(zhí)行完 notify() 方法后，A 線程是否能立即獲取到鎖
Thread.sleep(2000L);
} catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
}
System.out.println("結(jié)束線程 B");
}
}, "線程 B").start();

}

}

以上 A 線程執(zhí)行 wait() 方法，B 線程執(zhí)行 notify() 方法，執(zhí)行結(jié)果為：

執(zhí)行結(jié)果中可以看到，B 線程執(zhí)行 notify() 方法后，即使 sleep 了，A 線程也沒有獲取到鎖，可知，notify() 方法并沒有釋放鎖。

notify() 是通知到等待中的線程，但是調(diào)用一次 notify() 方法，只能通知到一個(gè)執(zhí)行 wait() 方法的等待線程。如果有多個(gè)等待狀態(tài)的線程，則需多次調(diào)用 notify() 方法，通知到線程順序則根據(jù)執(zhí)行 wait() 方法的先后順序進(jìn)行通知。

下面創(chuàng)建有兩個(gè)執(zhí)行 wait() 方法的線程的代碼：

package top.ytao.demo.thread.waitnotify;

/**
 * Created by YangTao
 */
publicclassMultiWaitNotifyTest{

staticObject object = newObject();

publicstaticvoid main(String[] args) {
System.out.println();

newThread(() -> {
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 A");
try{
                    object.wait();
} catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
}
System.out.println("結(jié)束線程 A");
}
}, "線程 A").start();


newThread(() -> {
try{
Thread.sleep(500L);
} catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
}
synchronized(object){
System.out.println("開始線程 B");
try{
                    object.wait();
} catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
}
System.out.println("結(jié)束線程 B");
}
}, "線程 B").start();


newThread(() -> {
try{
Thread.sleep(3000L);
} catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
}
synchronized(object){
System.out.println("開始通知線程 C");
                object.notify();
                object.notify();
System.out.println("結(jié)束通知線程 C");
}
}, "線程 C").start();

}

}

先 A 線程執(zhí)行 wait() 方法，然后 B 線程執(zhí)行 wait() 方法，最后 C 線程調(diào)用兩次 notify() 方法，執(zhí)行結(jié)果：

notifyAll()

通知多個(gè)等待狀態(tài)的線程，通過多次調(diào)用 notify() 方法實(shí)現(xiàn)的方案，在實(shí)際應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)過程不太友好，如果是想通知所有等待狀態(tài)的線程，可使用 notifyAll() 方法，就能喚醒所有線程。

實(shí)現(xiàn)方式，只需將上面 C 線程的多次調(diào)用 notify() 方法部分改為調(diào)用一次 notifyAll() 方法即可。

newThread(() -> {
try{
Thread.sleep(3000L);
} catch(InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
}
synchronized(object){
System.out.println("開始通知線程 C");
        object.notifyAll();
System.out.println("結(jié)束通知線程 C");
}
}, "線程 C").start();

執(zhí)行結(jié)果：

根據(jù)不同 JVM 的實(shí)現(xiàn)，notifyAll() 的喚醒順序會(huì)有所不同，當(dāng)前測(cè)試環(huán)境中，以倒序順序喚醒線程。

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者模式

生產(chǎn)消費(fèi)者模式就是一個(gè)線程生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，另一線程進(jìn)行數(shù)據(jù)提取消費(fèi)。下面就以兩個(gè)線程來模擬，生產(chǎn)者生成一個(gè) UUID 存放到 List 對(duì)象中，消費(fèi)者讀取 List 對(duì)象中的數(shù)據(jù)，讀取完成后進(jìn)行清除。

實(shí)現(xiàn)代碼如下：

package top.ytao.demo.thread.waitnotify;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.UUID;

/**
 * Created by YangTao
 */
publicclassWaitNotifyModelTest{

// 存儲(chǔ)生產(chǎn)者產(chǎn)生的數(shù)據(jù)
staticList<String> list = newArrayList<>();

publicstaticvoid main(String[] args) {

newThread(() -> {
while(true){
synchronized(list){
// 判斷 list 中是否有數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)的話，就進(jìn)入等待狀態(tài)，等數(shù)據(jù)消費(fèi)完
if(list.size() != 0){
try{
                            list.wait();
} catch(InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
}
}

// list 中沒有數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)添加到 list 中
                    list.add(UUID.randomUUID().toString());
                    list.notify();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + list);
}
}
}, "生產(chǎn)者線程 A ").start();


newThread(() -> {
while(true){
synchronized(list){
// 如果 list 中沒有數(shù)據(jù)，則進(jìn)入等待狀態(tài)，等收到有數(shù)據(jù)通知后再繼續(xù)運(yùn)行
if(list.size() == 0){
try{
                            list.wait();
} catch(InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
}
}

// 有數(shù)據(jù)時(shí)，讀取數(shù)據(jù)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + list);
                    list.notify();
// 讀取完畢，將當(dāng)前這條 UUID 數(shù)據(jù)進(jìn)行清除
                    list.clear();
}
}
}, "消費(fèi)者線程 B ").start();

}

}

運(yùn)行結(jié)果：

生產(chǎn)者線程運(yùn)行時(shí)，如果已存在未消費(fèi)的數(shù)據(jù)，則當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，收到通知后，表明數(shù)據(jù)已消費(fèi)完，再繼續(xù)向 list 中添加數(shù)據(jù)。

消費(fèi)者線程運(yùn)行時(shí)，如果不存在未消費(fèi)的數(shù)據(jù)，則當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，收到通知后，表明 List 中已有新數(shù)據(jù)被添加，繼續(xù)執(zhí)行代碼消費(fèi)數(shù)據(jù)并清除。

不管是生產(chǎn)者還是消費(fèi)者，基于對(duì)象鎖，一次只能一個(gè)線程能獲取到，如果生產(chǎn)者獲取到鎖就校驗(yàn)是否需要生成數(shù)據(jù)，如果消費(fèi)者獲取到鎖就校驗(yàn)是否有數(shù)據(jù)可消費(fèi)。

一個(gè)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)者消費(fèi)者模式就以完成。

總結(jié)

等待/通知機(jī)制是實(shí)現(xiàn) Java 線程間通信的一種方式，將多線程中，各個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的線程通過相互通信來更高效的協(xié)作完成工作，更大效率利用 CPU 處理程序。這也是學(xué)習(xí)或研究 Java 線程的必學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

-End-

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