wait/notify/notifyAll 总结

概述

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通信。在线程中调用wait()方法,将阻塞,然后等待其他线程通过调用notify()方法或notifyAll()发起的通知,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是所有类的超类,它有5个方法组成了等待/通知机制的核心:notify()、notifyAll()、wait()、wait(long)和wait(long,int)。在Java中,所有的类都从Object继承而来,因此,所有的类都拥有这些共有方法可供使用。而且,由于他们都被声明为final,因此在子类中不能覆写任何一个方法。

wait()

public final void wait()  
throws InterruptedException,IllegalMonitorStateException

该方法用来将当前线程置入休眠状态,直到接到通知或被中断为止。在调用wait()之前,线程必须要获得该对象的对象级别锁,即只能在同步方法或同步块中调用wait()方法。进入wait()方法后,当前线程释放锁。在从wait()返回前,线程与其他线程竞争重新获得锁。如果调用wait()时,没有持有适当的锁,则抛出IllegalMonitorStateException,它是RuntimeException的一个子类,因此,不需要try-catch结构。

notify()

public final native void notify()
throws IllegalMonitorStateException

该方法也要在同步方法或同步块中调用,即在调用前,线程也必须要获得该对象的对象级别锁,的如果调用notify()时没有持有适当的锁,也会抛出IllegalMonitorStateException。

该方法用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程。如果有多个线程等待,则线程规划器任意挑选出其中一个wait()状态的线程来发出通知,并使它等待获取该对象的对象锁(notify后,当前线程不会马上释放该对象锁,wait所在的线程并不能马上获取该对象锁,要等到程序退出synchronized代码块后,当前线程才会释放锁,wait所在的线程也才可以获取该对象锁),但不惊动其他同样在等待被该对象notify的线程们。当第一个获得了该对象锁的wait线程运行完毕以后,它会释放掉该对象锁,此时如果该对象没有再次使用notify语句,则即便该对象已经空闲,其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知,会继续阻塞在wait状态,直到这个对象发出一个notify或notifyAll。这里需要注意:它们等待的是被notify或notifyAll,而不是锁。这与下面的notifyAll()方法执行后的情况不同。

notifyAll()

public final native void notifyAll() 
throws IllegalMonitorStateException

该方法与notify()方法的工作方式相同,重要的一点差异是:

notifyAll使所有原来在该对象上wait的线程统统退出wait的状态(即全部被唤醒,不再等待notify或notifyAll,但由于此时还没有获取到该对象锁,因此还不能继续往下执行),变成等待获取该对象上的锁,一旦该对象锁被释放(notifyAll线程退出调用了notifyAll的synchronized代码块的时候),他们就会去竞争。如果其中一个线程获得了该对象锁,它就会继续往下执行,在它退出synchronized代码块,释放锁后,其他的已经被唤醒的线程将会继续竞争获取该锁,一直进行下去,直到所有被唤醒的线程都执行完毕(与 notify 不同的点)。

wait(long)和wait(long,int)

显然,这两个方法是设置等待超时时间的,后者在超值时间上加上ns,精度也难以达到,因此,该方法很少使用。对于前者,如果在等待线程接到通知或被中断之前,已经超过了指定的毫秒数,则它通过竞争重新获得锁,并从wait(long)返回。另外,需要知道,如果设置了超时时间,当wait()返回时,我们不能确定它是因为接到了通知还是因为超时而返回的,因为wait()方法不会返回任何相关的信息。但一般可以通过设置标志位来判断,在notify之前改变标志位的值,在wait()方法后读取该标志位的值来判断,当然为了保证notify不被遗漏,我们还需要另外一个标志位来循环判断是否调用wait()方法。

消费者、生产者

生产者-消费者(producer-consumer)问题,也称作有界缓冲区(bounded-buffer)问题,两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者,用于将消息放入缓冲区;另外一个是消费者,用于从缓冲区中取出消息。问题出现在当缓冲区已经满了,而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情形,其解决方法是让生产者此时进行休眠,等待消费者从缓冲区中取走了一个或者多个数据后再去唤醒它。同样地,当缓冲区已经空了,而消费者还想去取消息,此时也可以让消费者进行休眠,等待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。

public class ProducerConsumer {
    private LinkedList<Object> storeHouse = new LinkedList<Object>();
    private int MAX = 10;

    public ProducerConsumer() {
    }
    public void start() {
        new Producer().start();
        new Comsumer().start();
    }

    class Producer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (storeHouse) {
                    try {
                        while (storeHouse.size() == MAX) {
                            System.out.println("storeHouse is full , please wait");
                            storeHouse.wait();
                        }
                        Object newOb = new Object();
                        if (storeHouse.add(newOb)) {
                            System.out.println("Producer put a Object to storeHouse");
                            Thread.sleep((long) (Math.random() * 3000));
                            storeHouse.notify();
                        }
                    } catch (InterruptedException ie) {
                        System.out.println("producer is interrupted!");
                    }

                }
            }
        }
    }

    class Comsumer extends Thread {
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (storeHouse) {
                    try {
                        while (storeHouse.size() == 0) {
                            System.out.println("storeHouse is empty , please wait");
                            storeHouse.wait();
                        }
                        storeHouse.removeLast();
                        System.out.println("Comsumer get  a Object from storeHouse");
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 3000));
                        storeHouse.notify();
                    } catch (InterruptedException ie) {
                        System.out.println("Consumer is interrupted");
                    }

                }
            }

        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ProducerConsumer pc = new ProducerConsumer();
        pc.start();
    }
}

总结

  • 如果线程调用了对象的wait()方法,那么线程便会处于该对象的等待池中,等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
  • 当有线程调用了对象的notifyAll()方法(唤醒所有wait线程)或notify()方法(只随机唤醒一个wait线程),被唤醒的的线程便会进入该对象的锁池中,锁池中的线程会去竞争该对象锁。
  • 优先级高的线程竞争到对象锁的概率大,假若某线程没有竞争到该对象锁,它还会留在锁池中,唯有线程再次调用wait()方法,它才会重新回到等待池中。而竞争到对象锁的线程则继续往下执行,直到执行完了synchronized代码块,它会释放掉该对象锁,这时锁池中的线程会继续竞争该对象锁。

参考

wait/notify/notifyAll实现线程间通信
生产者-消费者模型的Java实现

推荐阅读更多精彩内容