java之等待唤醒机制(线程通信)
前言
多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程任务)不相同。
比如:线程A用来生成包子的,线程B用来吃包子的,包子可以理解为同一资源,线程A与线程B处理的动作,一个是生产,一个是消费,那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。
为什么要处理线程通信
多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据的目的。
如何保证线程通信有效利用资源
多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来解决线程间对同一个变量的使用或操作。
即,多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是说我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。
这种手段即—— 等待唤醒机制。
什么是等待唤醒机制
等待唤醒机制是多个线程间的一种协作机制。
谈到多线程协作,我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是线程的全部。
线程间不仅有竞争,也存在着协作机制。
就好比公司里的你和你的同事们,你们可能存在晋升时的竞争,但更多时候你们更多是一起合作,完成任务。
等待唤醒机制
- 在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态(wait()), 等待其他线程执行完他们的代过后,再将其唤醒(notify())。
- 当有多个线程进行等待时, 如果需要,可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。
wait/notify 就是线程间的一种协作机制。
等待唤醒中的方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题,使用到的3个方法,含义如下:
- wait:线程进入等待状态,并且释放锁对象,让出CPU资源。
- notify:随机选取一个等待的线程释放锁。
- notifyAll:释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
注意:
哪怕只通知了一个等待的线程,被通知线程也不能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而此刻它已经不持有锁,所以它需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
总结如下:
- 如果能获取锁,线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态,否则,从 wait set 出来,又进入 entry set,线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
补充
- wait()与notify()必须要由同一个锁对象调用。因为,锁对象通过notify唤醒的,只能是同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
- wait()与notify()属于Object类。因为锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类,从本质上来说都是继承自Object类的。
生产者与消费者问题
等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。
就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源:
代码演示
- 包子类
import lombok.Data;
/**
* @author layman
*/
@Data
public class BaoZi {
// 包子馅
private String xian;
// 包子状态
private boolean flag = false;
}
- 消费者类
/**
* @author layman
*/
public class Consumer extends Thread {
private BaoZi baozi;
public Consumer(String name,BaoZi baozi){
super(name);
this.baozi = baozi;
}
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (baozi){
if(baozi.isFlag() == false){
try {
System.out.println("没有包子,等着生产包子");
System.out.println("--------------------------");
baozi.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//有包子,开吃
System.out.println("吃货把 "+baozi.getXian()+" 包子吃完了,真香!");
System.out.println("--------------------------");
baozi.setFlag(false);
try {
Thread.sleep(500L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
baozi.notify();
}
}
}
}
- 生产者类
/**
* @author layman
*/
public class Producer extends Thread{
private BaoZi baozi;
public Producer(String name,BaoZi baozi){
super(name);
this.baozi = baozi;
}
@Override
public void run() {
int count = 0;
while(true){
synchronized (baozi){
if(baozi.isFlag() == true){
try {
System.out.println("有包子,等待吃货吃包子");
System.out.println("--------------------");
baozi.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 没有包子,生产包子
System.out.println("包子铺开始生产包子");
if(count%2 == 0){
baozi.setXian("香菇鸡肉");
}else{
baozi.setXian("韭菜鸡蛋");
}
count++;
baozi.setFlag(true);
System.out.println("包子生产好了:"+baozi.getXian()+"包子");
System.out.println("--------------------");
try {
Thread.sleep(500L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
baozi.notify();
}
}
}
}
- 测试类
/**
* @author layman
*/
public class TestDemo{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BaoZi baozi = new BaoZi();
Consumer consumer = new Consumer("吃货",baozi);
Producer producer = new Producer("包子铺",baozi);
consumer.start();
//确保consumer先启动
Thread.sleep(200L);
producer.start();
}
}