我们先来了解一下为什么要使用wait,notify
首先看一下以下代码:
synchronized(a){假设现在有两个线程, t1 线程运行到了//1 的位置,而 t2 线程运行到了//2 的位置,接
下来会发生什么情况呢?
此时, a 对象的锁标记被 t1 线程获得,而 b 对象的锁标记被 t2 线程获得。对于 t1 线程
而言,为了进入对 b 加锁的同步代码块, t1 线程必须获得 b 对象的锁标记。由于 b 对象的锁标记被 t2 线程获得, t1 线程无法获得这个对象的锁标记,因此它会进入 b 对象的锁池,等待 b 对象锁标记的释放。而对于 t2 线程而言,由于要进入对 a 加锁的同步代码块,由于 a 对象的锁标记在 t1 线程手中,因此 t2 线程会进入 a 对象的锁池。
此时, t1 线程在等待 b 对象锁标记的释放,而 t2 线程在等待 a 对象锁标记的释放。由
于两边都无法获得所需的锁标记,因此两个线程都无法运行。这就是“死锁”问题。
在 Java 中,采用了 wait 和 notify 这两个方法,来解决死锁机制。
首先,在 Java 中,每一个对象都有两个方法: wait 和 notify 方法。这两个方法是定义
在 Object 类中的方法。对某个对象调用 wait()方法,表明让线程暂时释放该对象的锁标记。
例如,上面的代码就可以改成:
synchronized(a){这样的代码改完之后,在//1 后面, t1 线程就会调用 a 对象的 wait 方法。此时, t1 线程
会暂时释放自己拥有的 a 对象的锁标记,而进入另外一个状态:等待状态。
要注意的是,如果要调用一个对象的 wait 方法,前提是线程已经获得这个对象的锁标
记。如果在没有获得对象锁标记的情况下调用 wait 方法,则会产生异常。
由于 a 对象的锁标记被释放,因此, t2 对象可以获得 a 对象的锁标记,从而进入对 a
加锁的同步代码块。在同步代码块的最后,调用 a.notify()方法。这个方法与 wait 方法相对应,是让一个线程从等待状态被唤醒。
那么 t2 线程唤醒 t1 线程之后, t1 线程处于什么状态呢?由于 t1 线程唤醒之后还要在
对 a 加锁的同步代码块中运行,而 t2 线程调用了 notify()方法之后,并没有立刻退出对 a 锁的同步代码块,因此此时 t1 线程并不能马上获得 a 对象的锁标记。因此,此时, t1 线程会在 a 对象的锁池中进行等待,以期待获得 a 对象的锁标记。也就是说,一个线程如果之前调用了 wait 方法,则必须要被另一个线程调用 notify()方法唤醒。唤醒之后,会进入锁池状态。线程状态转换图如下:
由于可能有多个线程先后调用 a 对象 wait 方法,因此在 a 对象等待状态中的线程可能
有多个。而调用 a.notify()方法,会从 a 对象等待状态中的多个线程里挑选一个线程进行唤醒。
与之对应的,有一个 notifyAll()方法, 调用 a.notifyAll() 会把 a 对象等待状态中的所有线程都唤醒。
下面结合一个实际的例子,来演示如何使用 wait 和 notify / notifyAll 方法。
我使用一个数组来模拟一个比较熟悉的数据结构:栈。代码如下所示:
class MyStack{注意,我们为 MyStack 增加了两个方法,一个用来判断栈是否为空,一个用来判断栈是
否已经满了。
然后我们创建两个线程,一个线程每隔一段随机的时间,就会往栈中增加一个数据;另
一个线程每隔一段随机的时间,就会从栈中取走一个数据。为了保证 push 和 pop 的完整性,在线程中应当对 MyStack 对象加锁。
但是我们发现,入栈线程和出栈线程并不是在任何时候都可以工作的。当数组满了的时
候,入栈线程将不能工作;当数组空了的时候,出栈线程也不能工作。违反了上面的条件,我们将得到一个数组下标越界异常。
为此,我们可以用 wait/notify 机制。在入栈线程执行入栈操作时,如果发现数组已满,
则会调用 wait 方法,去等待。同样,出栈线程在执行出栈操作时,如果发现数组已空,同
样调用 wait 方法去等待。在入栈线程结束入栈工作之后,会调用 notifyAll 方法,释放那些正在等待的出栈线程(因为数组现在已经不是空的了,他们可以恢复工作了)。同样,当出栈线程结束出栈工作之后,也会调用 notifyAll 方法,释放正在等待的入栈线程。
一段生产者/消费者相关代码:
class Consumer extends Thread{部分代码纯手打,望采纳~
wait, notify 和 notifyAll,这些在多线程中被经常用到的保留关键字,在实际开发的时候很多时候却并没有被大家重视。本文对这些关键字的使用进行了描述。
在 Java 中可以用 wait、notify 和 notifyAll 来实现线程间的通信。。举个例子,如果你的Java程序中有两个线程——即生产者和消费者,那么生产者可以通知消费者,让消费者开始消耗数据,因为队列缓 冲区中有内容待消费(不为空)。相应的,消费者可以通知生产者可以开始生成更多的数据,因为当它消耗掉某些数据后缓冲区不再为满。
我们可以利用wait()来让一个线程在某些条件下暂停运行。例如,在生产者消费者模型中,生产者线程在缓冲区为满的时候,消费者在缓冲区为空的时 候,都应该暂停运行。如果某些线程在等待某些条件触发,那当那些条件为真时,你可以用 notify 和 notifyAll 来通知那些等待中的线程重新开始运行。不同之处在于,notify 仅仅通知一个线程,并且我们不知道哪个线程会收到通知,然而 notifyAll 会通知所有等待中的线程。换言之,如果只有一个线程在等待一个信号灯,notify和notifyAll都会通知到这个线程。但如果多个线程在等待这个信 号灯,那么notify只会通知到其中一个,而其它线程并不会收到任何通知,而notifyAll会唤醒所有等待中的线程。
在这篇文章中你将会学到如何使用 wait、notify 和 notifyAll 来实现线程间的通信,从而解决生产者消费者问题。如果你想要更深入地学习Java中的多线程同步问题,我强烈推荐阅读Brian Goetz所著的《Java Concurrency in Practice | Java 并发实践》,不读这本书你的 Java 多线程征程就不完整哦!这是我最向Java开发者推荐的书之一。
如何使用Wait
尽管关于wait和notify的概念很基础,它们也都是Object类的函数,但用它们来写代码却并不简单。如果你在面试中让应聘者来手写代码, 用wait和notify解决生产者消费者问题,我几乎可以肯定他们中的大多数都会无所适从或者犯下一些错误,例如在错误的地方使用 synchronized 关键词,没有对正确的对象使用wait,或者没有遵循规范的代码方法。说实话,这个问题对于不常使用它们的程序员来说确实令人感觉比较头疼。
第一个问题就是,我们怎么在代码里使用wait()呢?因为wait()并不是Thread类下的函数,我们并不能使用 Thread.call()。事实上很多Java程序员都喜欢这么写,因为它们习惯了使用Thread.sleep(),所以他们会试图使用wait() 来达成相同的目的,但很快他们就会发现这并不能顺利解决问题。正确的方法是对在多线程间共享的那个Object来使用wait。在生产者消费者问题中,这 个共享的Object就是那个缓冲区队列。
第二个问题是,既然我们应该在synchronized的函数或是对象里调用wait,那哪个对象应该被synchronized呢?答案是,那个 你希望上锁的对象就应该被synchronized,即那个在多个线程间被共享的对象。在生产者消费者问题中,应该被synchronized的就是那个 缓冲区队列。
永远在循环(loop)里调用 wait 和 notify,不是在 If 语句
现在你知道wait应该永远在被synchronized的背景下和那个被多线程共享的对象上调用,下一个一定要记住的问题就是,你应该永远在 while循环,而不是if语句中调用wait。因为线程是在某些条件下等待的——在我们的例子里,即“如果缓冲区队列是满的话,那么生产者线程应该等 待”,你可能直觉就会写一个if语句。但if语句存在一些微妙的小问题,导致即使条件没被满足,你的线程你也有可能被错误地唤醒。所以如果你不在线程被唤 醒后再次使用while循环检查唤醒条件是否被满足,你的程序就有可能会出错——例如在缓冲区为满的时候生产者继续生成数据,或者缓冲区为空的时候消费者 开始小号数据。所以记住,永远在while循环而不是if语句中使用wait!我会推荐阅读《Effective Java》,这是关于如何正确使用wait和notify的最好的参考资料。
基于以上认知,下面这个是使用wait和notify函数的规范代码模板:
// The standard idiom for calling the wait method in Java synchronized (sharedObject) { while (condition) { sharedObject.wait(); // (Releases lock, and reacquires on wakeup) } // do action based upon condition e.g. take or put into queue }
就像我之前说的一样,在while循环里使用wait的目的,是在线程被唤醒的前后都持续检查条件是否被满足。如果条件并未改变,wait被调用之前notify的唤醒通知就来了,那么这个线程并不能保证被唤醒,有可能会导致死锁问题。
Java wait(), notify(), notifyAll() 范例
下面我们提供一个使用wait和notify的范例程序。在这个程序里,我们使用了上文所述的一些代码规范。我们有两个线程,分别名为 PRODUCER(生产者)和CONSUMER(消费者),他们分别继承了了Producer和Consumer类,而Producer和 Consumer都继承了Thread类。Producer和Consumer想要实现的代码逻辑都在run()函数内。Main线程开始了生产者和消费 者线程,并声明了一个LinkedList作为缓冲区队列(在Java中,LinkedList实现了队列的接口)。生产者在无限循环中持续往 LinkedList里插入随机整数直到LinkedList满。我们在while(queue.size == maxSize)循环语句中检查这个条件。请注意到我们在做这个检查条件之前已经在队列对象上使用了synchronized关键词,因而其它线程不能在 我们检查条件时改变这个队列。如果队列满了,那么PRODUCER线程会在CONSUMER线程消耗掉队列里的任意一个整数,并用notify来通知 PRODUCER线程之前持续等待。在我们的例子中,wait和notify都是使用在同一个共享对象上的。
import java.util.LinkedList;为了更好地理解这个程序,我建议你在debug模式里跑这个程序。一旦你在debug模式下启动程序,它会停止在PRODUCER或者 CONSUMER线程上,取决于哪个线程占据了CPU。因为两个线程都有wait()的条件,它们一定会停止,然后你就可以跑这个程序然后看发生什么了 (很有可能它就会输出我们以上展示的内容)。你也可以使用Eclipse里的Step into和Step over按钮来更好地理解多线程间发生的事情。
本文重点:
1. 你可以使用wait和notify函数来实现线程间通信。你可以用它们来实现多线程(>3)之间的通信。
2. 永远在synchronized的函数或对象里使用wait、notify和notifyAll,不然Java虚拟机会生成 IllegalMonitorStateException。
3. 永远在while循环里而不是if语句下使用wait。这样,循环会在线程睡眠前后都检查wait的条件,并在条件实际上并未改变的情况下处理唤醒通知。
4. 永远在多线程间共享的对象(在生产者消费者模型里即缓冲区队列)上使用wait。
5. 基于前文提及的理由,更倾向用 notifyAll(),而不是 notify()。