一、线程间通信
概念：多个线程在处理同一资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
例如：使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印，怎么实现呢？
为什么要处理线程间通信：
多个线程并发执行，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同一件任务，并且希望它们有规律的执行，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。
如何保证线程间通信有效利用资源：
多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之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，避免对统一共享变量的争夺。
这时需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源，这种手段称为——等待唤醒机制。
二、案例一：使用两个线程打印 1-100。线程1, 线程2 交替打印
示例：
1 public class CommunicationTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4 Number number = new Number();
5
6 Thread t1 = new Thread(number, "线程1");
7 Thread t2 = new Thread(number, "线程2");
8
9 t1.start();
10 t2.start();
11 }
12 }
13
14 class Number implements Runnable {
15
16 private int number = 1;
17 private Object obj = new Object();
18
19 @Override
20 public void run() {
21 while (true) {
22 synchronized (this) {
23
24 notify();
25
26 if (number <= 100) {
27
28 try {
29 Thread.sleep(10);
30 } catch (InterruptedException e) {
31 e.printStackTrace();
32 }
33
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":-:" + number);
35 number++;
36
37 try {
38 wait(); //使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
39 } catch (InterruptedException e) {
40 e.printStackTrace();
41 }
42 }
43 }
44 }
45 }
46 }
运行结果可以看到线程1和线程2是相互交替打印出来的，此时这里的同步监视器是 this，即此类的对象。
如果我们把锁对象换成了上面 声明的 Object 对象，这时也要用 obj 对象来调用 wait() 与 notify() 方法。否则将会出现下面的异常：
示例：
1 public class CommunicationTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4 Number number = new Number();
5
6 Thread t1 = new Thread(number, "线程1");
7 Thread t2 = new Thread(number, "线程2");
8
9 t1.start();
10 t2.start();
11 }
12 }
13
14 class Number implements Runnable {
15
16 private int number = 1;
17 private Object obj = new Object();
18
19 @Override
20 public void run() {
21 while (true) {
22 synchronized (obj) {
23
24 obj.notify();
25
26 if (number <= 100) {
27
28 try {
29 Thread.sleep(10);
30 } catch (InterruptedException e) {
31 e.printStackTrace();
32 }
33
34 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":-:" + number);
35 number++;
36
37 try {
38 obj.wait();
39 } catch (InterruptedException e) {
40 e.printStackTrace();
41 }
42 }
43 }
44 }
45 }
46 }
三、等待唤醒机制
1、什么是等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制。线程之间常见的就是线程间的竞争（race），但是线程之间也会有协作机制。好比同一公司员工，存在晋升的时候，也有合作的时候。
当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指定代码后，再将其唤醒（notify）；在有多个线程进行等待时，如果需要，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。
2、等待唤醒机制中常用方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题，常用方法如下：
（1）wait
① 一旦执行此方法，当前线程就进入阻塞状态，并释放同步监视器。
② 线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 waiting。该线程要等着别的线程执行一个特别的动作，即 “通知（notify）” 在这个对象上等待的线程从 wait set 中释放出来，重写进入到调度队列（ready queue）中。
③ 调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
④ 调用此方法后，当前线程将释放对象监控权 ，然后进入等待；
⑤ 在当前线程被notify后，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。
（2）notify
一旦执行此方法，就会唤醒被 wait 的一个线程。如果有多个线程被wait，就唤醒优先级高的那个。
则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如：餐馆有空位置后，等待就餐最久的顾客先入座。
调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
（3）notifyAll
一旦执行此方法，就会唤醒所有被wait的线程。
调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）
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，而此刻它已经不支持有锁，所有它需要再次尝试去获取锁（很可能面临其他线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
小节：
① 如果能获取锁，线程就从 waiting 状态变成 Runnable 状态；
② 没有获取锁，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 waiting 状态又变成 blocked 状态。
3、等待唤醒机制需要注意的细节
（1）wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。
原因：对应的锁对象可以通过 notify 唤醒使用同一个锁对象调用的 wait 方法后的线程，否则，会出现IllegalMonitorStateException异常。
（2）wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
原因：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承 Object 类的。
（3）wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
原因：必须要通过锁对象调用这两个方法。
4、面试题：sleep() 和 wait() 的异同？
相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
不同点：① 两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()；
② 调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中；
③ 关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁；
④ wait() 必须有“锁，监视器”对象来调用，如果由别的对象调用会报IllegleMoniterStateException；
sleep()是静态方法，Thread类名调用就可以；
⑤ wait()使得当前线程进入阻塞状态后，由notify唤醒；sleep()使得当前线程进入阻塞状态后，时间到或被interrupt()醒来。
四、案例二
1、生产者/消费者问题：
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk)，而消费者(Customer)从店员处取走产品，店员一次只能持有固定数量的产品(比:20），如果生产者试图生产更多的产品，店员会叫生产者停一下，如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产；如果店中没有产品了，店员会告诉消费者等一下，如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
2、这里可能出现两个问题
① 生产者比消费者快时，消费者会漏掉一些数据没有取到；
② 消费者比生产者快时，消费者会取到相同的数据。
3、代码实现：
1 public class ProductTest {
2 public static void main(String[] args) {
3 Clerk clerk = new Clerk();
4
5 Producer p1 = new Producer(clerk);
6 p1.setName("生产者1");
7
8 Consumer c1 = new Consumer(clerk);
9 c1.setName("消费者1");
10 Consumer c2 = new Consumer(clerk);
11 c2.setName("消费者2");
12
13 p1.start();
14 c1.start();
15 c2.start();
16
17 }
18 }
19
20 //店员
21 class Clerk {
22 private int productCount = 0;
23
24
25 /**
26 * 生产产品
27 */
28 public synchronized void produceProduct() {
29 if (productCount < 20) {
30 productCount++;
31 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始生产第" + productCount + "个产品");
32
33 notify();
34
35 } else {
36 try {
37 wait();
38 } catch (InterruptedException e) {
39 e.printStackTrace();
40 }
41 }
42 }
43
44 /**
45 * 消费产品
46 */
47 public synchronized void consumeProduct() {
48
49 if (productCount > 0) {
50 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":开始消费第" + productCount + "个产品");
51 productCount--;
52
53 notify();
54
55 } else {
56 try {
57 wait();
58 } catch (InterruptedException e) {
59 e.printStackTrace();
60 }
61 }
62 }
63 }
64
65
66 //生产者
67 class Producer extends Thread {
68
69 private Clerk clerk;
70
71 public Producer(Clerk clerk) {
72 this.clerk = clerk;
73 }
74
75 @Override
76 public void run() {
77 System.out.println(getName() + ":开始生产产品.....");
78
79 while (true) {
80 try {
81 Thread.sleep(10);
82 } catch (InterruptedException e) {
83 e.printStackTrace();
84 }
85 clerk.produceProduct();
86 }
87 }
88 }
89
90 //消费者
91 class Consumer extends Thread {
92 private Clerk clerk;
93
94 public Consumer(Clerk clerk) {
95 this.clerk = clerk;
96 }
97
98 @Override
99 public void run() {
100 System.out.println(getName() + ":开始消费产品.....");
101
102 while (true) {
103 try {
104 Thread.sleep(20);
105 } catch (InterruptedException e) {
106 e.printStackTrace();
107 }
108 clerk.consumeProduct();
109 }
110 }
111 }
五、案例三
1、拿生产包子消费包子来描述等待唤醒机制如何有效利用资源
包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。
接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。
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。
2、代码示例
1 public class BaoziTest {
2 public static void main(String[] args) {
3 //创建包子对象;
4 Baozi bz =new Baozi();
5 //创建包子铺线程,开启,生产包子;
6 new BaoziPu(bz).start();
7 //创建吃货线程,开启,吃包子;
8 new ChiHuo(bz).start();
9 }
10 }
11
12 class Baozi {
13 String pi;
14 String xian;
15 //包子的状态:有 true，没有 false，设置初始值 false没有包子
16 boolean flag = false;
17 }
18
19 class BaoziPu extends Thread {
20 //1. 需要在成员位置创建一个包子变量
21 private Baozi bz;
22
23 //2. 使用参数构造方法，为这个包子变量赋值
24 public BaoziPu(Baozi bz) {
25 this.bz = bz;
26 }
27
28 //设置线程任务（run）：生产包子
29 @Override
30 public void run() {
31 //定义一个变量
32 int count = 0;
33 //让包子铺一直生产包子
34 while (true) {
35 //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个正执行
36 synchronized (bz) {
37 //对包子的状态进行判断
38 if (bz.flag == true) {
39 //包子铺调用 wait 方法进入等待状态
40 try {
41 bz.wait();
42 } catch (InterruptedException e) {
43 e.printStackTrace();
44 }
45 }
46
47 //被唤醒之后执行，包子铺生产包子
48 //增加一些趣味性:交替生产两种包子
49 if (count % 2 == 0) {
50 //生产 薄皮三鲜馅包子
51 bz.pi = "薄皮";
52 bz.xian = "三鲜馅";
53 } else {
54 //生产 冰皮 牛肉大葱陷
55 bz.pi = "冰皮";
56 bz.xian = "牛肉大葱陷";
57 }
58
59 count++;
60 System.out.println("包子铺正在生产:" + bz.pi + bz.xian + "包子");
61 //生产包子需要3秒钟
62 try {
63 Thread.sleep(300);
64 } catch (InterruptedException e) {
65 e.printStackTrace();
66 }
67
68 //包子铺生产好了包子
69 //修改包子的状态为true有
70 bz.flag = true;
71 //唤醒消费者线程,让顾客线程吃包子
72 bz.notify();
73 System.out.println("包子铺已经生产好了:"+bz.pi+bz.xian+"包子,吃货可以开始吃了");
74 }
75 }
76 }
77 }
78
79 /**
80 * 消费者
81 */
82 class ChiHuo extends Thread {
83 //1.需要在成员位置创建一个包子变量
84 private Baozi bz;
85
86 //2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值
87 public ChiHuo(Baozi bz) {
88 this.bz = bz;
89 }
90
91 //设置线程任务(run):吃包子
92 @Override
93 public void run() {
94 //使用死循环,让吃货一直吃包子
95 while (true) {
96 //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
97 synchronized (bz){
98 //对包子的状态进行判断
99 if(bz.flag==false){
100 //吃货调用wait方法进入等待状态
101 try {
102 bz.wait();
103 } catch (InterruptedException e) {
104 e.printStackTrace();
105 }
106 }
107
108 //被唤醒之后执行的代码,吃包子
109 System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"的包子");
110 //吃货吃完包子
111 //修改包子的状态为false没有
112 bz.flag = false;
113 //吃货唤醒包子铺线程,生产包子
114 bz.notify();
115 System.out.println("吃货已经把:"+bz.pi+bz.xian+"的包子吃完了,包子铺开始生产包子");
116 System.out.println("----------------------------------------------------");
117 }
118 }
119 }
120 }
