线程之间通信 等待（wait）和通知（notify）

线程通信概念：

    线程是操作系统中独立的个体，但这些个体如果不经过特殊的处理就不能成为一个整体，线程之间的通信就成为整体的必用方式之一。当线程存在通信指挥，系统间的交互性会更强大，在提高CPU利用率的同时还会对线程任务在处理过程中进行有效的把控与监督。

为了支持多线程之间的协作，JDK提供了两个非常重要的接口线程等待wait()方法和通知notify()方法。这两个方法并不是在Thread类中的，而是输出Object类。这也意味着任何对象都可以调用这2个方法。

我们先看一个简单的例子：

public class ListAdd1 {
    private volatile static List list = new ArrayList();
    public void add(){
        list.add("jianzh5");
    }
    public int size(){
        return list.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        final ListAdd1 list1 = new ListAdd1();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    for(int i = 0; i <10; i++){
                        list1.add();
                        System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "添加了一个元素..");
                        Thread.sleep(500);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    if(list1.size() == 5){
                        System.out.println("当前线程收到通知：" + Thread.currentThread().getName() + " list size = 5 线程停止..");
                        throw new RuntimeException();
                    }
                }
            }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

代码很简单，这是在没使用JDK线程协作时的做法。线程t2一直在死循环，当list的size等于5时退出t2，t1则继续运行。

这样其实也可以是说线程之间的协作，但是问题就是t2会一直循环运行，浪费了CPU资源（PS:list必须使用关键字volatile修饰）。

我们再看使用wait和notify时的代码：

public class ListAdd2 {
    private volatile static List list = new ArrayList();

    public void add(){
        list.add("jianzh5");
    }
    public int size(){
        return list.size();
    }

    public static void main(String[] args) {

        final ListAdd2 list2 = new ListAdd2();
        final byte[] lock = new byte[0];
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    synchronized (lock) {
                        System.out.println("t1启动..");
                        for(int i = 0; i <10; i++){
                            list2.add();
                            System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "添加了一个元素..");
                            Thread.sleep(500);
                            if(list2.size() == 5){
                                System.out.println("已经发出通知..");
                                lock.notify();
                            }
                        }
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("t2启动..");
                    if(list2.size() != 5){
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "收到通知线程停止..");
                    throw new RuntimeException();
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
        t1.start();
    }
}

这里首先创建了一个的byte[]对象lock，然后线程t1，t2使用synchronzied关键字同步lock对象。线程t1一直往list添加元素，当元素大小等于5的时候调用lock.notify()方法通知lock对象。线程t2在size不等于5的时候一直处于等待状态。

这里使用byte[0]数组是因为JVM创建byte[0]所占用的空间比普通的object对象小，而花费的代价也最小。

运行结果如下：

看到这里可能会有疑问，为什么t1通知了t2线程运行而结果却是t1先运行完后t2再运行。

说明如下:

1、wait() 和 notify()必须配合synchrozied关键字使用，无论是wait()还是notify()都需要首先获取目标对象的一个监听器。

2、wait()释放锁，而notify()不释放锁。

 线程t2一开始处于wait状态，这时候释放了锁所以t1可以一直执行，而t1在notify的时候并不会释放锁，所以t1还会继续运行。 

 

知识拓展

现在我们来探讨一下有界阻塞队列的实现原理并模拟一下它的实现 :

1、有界队列顾名思义是有容器大小限制的

2、当调用put()方法时，如果此时容器的长度等于限定的最大长度，那么该方法需要阻塞直到队列可以有空间容纳下添加的元素

3、当调用take()方法时，如果此时容器的长度等于最小长度0，那么该方法需要阻塞直到队列中有了元素能够取出

4、put() 和 take()方法是需要协作的，能够及时通知状态进行插入和移除操作

根据以上阻塞队列的几个属性，我们可以使用wait 和notify实现以下它的实现原理：

 

/**
 * 自定义大小的阻塞容器
 */
public class MyQueue {
    //1、初始化容器
    private final LinkedList<Object> list = new LinkedList<>();
    //2、定义计数器
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    //3、设定容器的上限和下限
    private final int minSize = 0;
    private final int maxSize;

    //4、构造器
    public MyQueue(int size) {
        this.maxSize = size;
    }

    //5、定义锁对象
    private final Object lock = new Object();

    //6、阻塞增加方法
    public void put(Object obj) {
        synchronized (lock) {
            while (count.get() == this.maxSize) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //加入元素 计数器累加 唤醒取数线程可以取数
            list.add(obj);
            count.incrementAndGet();
            lock.notify();
            System.out.println("新增的元素:" + obj);
        }
    }

    public Object take() {
        Object result = null;
        synchronized (lock) {
            while (count.get() == this.minSize) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //移除元素 计数器递减 唤醒添加的线程可以添加元素
            result = list.removeFirst();
            count.decrementAndGet();
            lock.notify();
        }
        return result;
    }

    public int getSize() {
        return this.count.get();
    }

    public static void main(String[] args) {
        final MyQueue myQueue = new MyQueue(5);
        myQueue.put("a");
        myQueue.put("b");
        myQueue.put("c");
        myQueue.put("d");
        myQueue.put("e");

        System.out.println("当前队列长度:" + myQueue.getSize());
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override public void run() {
                myQueue.put("f");
                myQueue.put("g");
            }
        }, "t1");

        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override public void run() {
                Object obj = myQueue.take();
                System.out.println("移除的元素为:"+obj);
                Object obj2 = myQueue.take();
                System.out.println("移除的元素为:"+obj2);
            }
        },"t2");

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        t2.start();
    }
}

 

实现过程如下：

1、通过构造器初始化指定容器的大小

2、程序内部有一个AtomicInteger的计数器，当调用put()操作时此计数器加1；当调用take()方法时此计数器减1

3、在进行相应的take()和put()方法时会使用while判断进行阻塞，会一直处于wait状态，并在可以进行操作的时候唤醒另外一个线程可以进行相应的操作。

4、将此代码运行可以看到相应的效果。