对并发熟悉吗？谈谈线程间的协作(wait/notify/sleep/yield/join)

线程的状态

Java中线程中状态可分为五种：New（新建状态），Runnable（就绪状态），Running（运行状态），Blocked（阻塞状态），Dead（死亡状态）。

• New：新建状态，当线程创建完成时为新建状态，即new Thread(…)，还没有调用start方法时，线程处于新建状态。
• Runnable：就绪状态，当调用线程的的start方法后，线程进入就绪状态，等待CPU资源。处于就绪状态的线程由Java运行时系统的线程调度程序(thread scheduler)来调度。
• Running：运行状态，就绪状态的线程获取到CPU执行权以后进入运行状态，开始执行run方法。
• Blocked：阻塞状态，线程没有执行完，由于某种原因（如，I/O操作等）让出CPU执行权，自身进入阻塞状态。
• Dead：死亡状态，线程执行完成或者执行过程中出现异常，线程就会进入死亡状态。

这五种状态之间的转换关系如下图所示：

wait/notify/notifyAll方法的使用

wait方法

JDK中一共提供了这三个版本的方法，

• wait()方法的作用是将当前运行的线程挂起（即让其进入阻塞状态），直到notify或notifyAll方法来唤醒线程。
• wait(long timeout)，该方法与wait()方法类似，唯一的区别就是在指定时间内，如果没有notify或notifAll方法的唤醒，也会自动唤醒。
• 至于wait(long timeout,long nanos)，本意在于更精确的控制调度时间，不过从目前版本来看，该方法貌似没有完整的实现该功能，其源码(JDK1.8)如下：

wait方法是一个本地方法，其底层是通过一个叫做监视器锁的对象来完成的。所以在调用wait方式时需要先获取到monitor对象的所有权，否则会报IllegalMonitorStateException异常。那如何获取monitor对象的所有权呢？Java中只能通过Synchronized关键字来完成。

wait方法的作用就是阻塞当前线程等待notify/notifyAll方法的唤醒，或等待超时后自动唤醒。

notify/notifyAll方法

有了对wait方法原理的理解，notify方法和notifyAll方法就很容易理解了。既然wait方式是通过对象的monitor对象来实现的，所以只要在同一对象上去调用notify/notifyAll方法，就可以唤醒对应对象monitor上等待的线程了。

notify和notifyAll的区别在于前者只能唤醒monitor上的一个线程，对其他线程没有影响，而notifyAll则唤醒所有的线程。

最后，有两点需要注意：

• 调用wait方法后，线程是会释放对monitor对象的所有权的。
• 一个通过wait方法阻塞的线程，必须同时满足以下两个条件才能被真正执行
  • 线程需要被唤醒（超时唤醒或调用notify/notifyAll）
  • 线程唤醒后需要竞争到锁（monitor）

sleep/yield/join方法解析

这组方法跟上面方法的最明显区别是：这几个方法都位于Thread类中，而上面三个方法都位于Object类中。至于为什么，大家可以先思考一下。

sleep

sleep方法的作用是让当前线程暂停指定的时间（毫秒）。需要注意的是其与wait方法的区别。最简单的区别是，wait方法依赖于同步，而sleep方法可以直接调用。而更深层次的区别在于sleep方法只是暂时让出CPU的执行权，并不释放锁。而wait方法则需要释放锁。

yield方法

yield方法的作用是暂停当前线程，以便其他线程有机会执行，不过不能指定暂停的时间，并且也不能保证当前线程马上停止。yield方法只是将Running状态转变为Runnable状态。

这种不一定能得到保证，源码中也对这个问题进行说明：

/**
     * A hint to the scheduler that the current thread is willing to yield
     * its current use of a processor. The scheduler is free to ignore this
     * hint.
     *
     * <p> Yield is a heuristic attempt to improve relative progression
     * between threads that would otherwise over-utilise a CPU. Its use
     * should be combined with detailed profiling and benchmarking to
     * ensure that it actually has the desired effect.
     *
     * <p> It is rarely appropriate to use this method. It may be useful
     * for debugging or testing purposes, where it may help to reproduce
     * bugs due to race conditions. It may also be useful when designing
     * concurrency control constructs such as the ones in the
     * {@link java.util.concurrent.locks} package.
*/

这段话主要说明了三个问题：

• 调度器可能会忽略该方法。
• 使用的时候要仔细分析和测试，确保能达到预期的效果。
• 很少有场景要用到该方法，主要使用的地方是调试和测试。　　

join方法

join方法的作用是父线程等待子线程执行完成后再执行，换句话说就是将异步执行的线程合并为同步的线程。JDK中提供三个版本的join方法，其实现与wait方法类似，join()方法实际上执行的join(0)，而join(long millis, int nanos)也与wait(long millis, int nanos)的实现方式一致，暂时对纳秒的支持也是不完整的。

大家重点关注一下join(long millis)方法的实现，可以看出join方法就是通过wait方法来将线程的阻塞，如果join的线程还在执行，则将当前线程阻塞起来，直到join的线程执行完成，当前线程才能执行。

不过有一点需要注意，这里的join只调用了wait方法，却没有对应的notify方法，原因是Thread的start方法中做了相应的处理，所以当join的线程执行完成以后，会自动唤醒主线程继续往下执行。

总结

注意点：

• wait()方法会释放CPU执行权 和 占有的锁。
• sleep(long)方法仅释放CPU使用权，锁仍然占用；线程被放入超时等待队列，与yield相比，它会使线程较长时间得不到运行。
• yield()方法仅释放CPU执行权，锁仍然占用，线程会被放入就绪队列，会在短时间内再次执行。
• wait和notify必须配套使用，即必须使用同一把锁调用；
• wait和notify必须放在一个同步块中
• 调用wait和notify的对象必须是他们所处同步块的锁对象。

最后回答一下上面提出的问题：

wait/notify/notifyAll方法的作用是实现线程间的协作，那为什么这三个方法不是位于Thread类中，而是位于Object类中？位于Object中，也就相当于所有类都包含这三个方法（因为Java中所有的类都继承自Object类）。

要回答这个问题，还是得回过来看wait方法的实现原理，大家需要明白的是，wait等待的到底是什么东西？wait等待的其实是对象monitor，由于Java中的每一个对象都有一个内置的monitor对象，自然所有的类都理应有wait/notify方法。

 

参考：

• 对并发熟悉吗？谈谈线程间的协作(wait/notify/sleep/yield/join)