第一章 等待唤醒机制
1.1 线程间通信
概念:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。
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。
为什么要处理线程间通信:
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,并且我们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。
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。 就是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。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
1.2 等待唤醒机制
什么是等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是故事的全部,线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们,你们可能存在在晋升时的竞争,但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
就是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指定代码过后 再将其唤醒(notify());在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的,使用到的3个方法的含义如下:
- wait: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。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即是“通知(notify)”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中
- notify: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,等候就餐最久的顾客最先入座。
- notifyAll:则释放所通知对象的 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
调用wait和notify方法需要注意的细节
- wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为: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。
- wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
- wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过锁对象调用这2个方法。
代码示例:
BaoZi.java:
1 /* 2 资源类:包子类 3 设置包子的属性 4 皮 5 陷 6 包子的状态: 有 true,没有 false 7 */ 8 public class BaoZi { 9 //皮 10 String pi; 11 //陷 12 String xian; 13 //包子的状态: 有 true,没有 false,设置初始值为false没有包子 14 boolean flag = false; 15 16 }
BaoZiPu.java:
1 /* 2 生产者(包子铺)类:是一个线程类,可以继承Thread 3 设置线程任务(run):生产包子 4 对包子的状态进行判断 5 true:有包子 6 包子铺调用wait方法进入等待状态 7 false:没有包子 8 包子铺生产包子 9 增加一些趣味性:交替生产两种包子 10 有两种状态(i%2==0) 11 包子铺生产好了包子 12 修改包子的状态为true有 13 唤醒吃货线程,让吃货线程吃包子 14 15 注意: 16 包子铺线程和包子线程关系-->通信(互斥) 17 必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行 18 锁对象必须保证唯一,可以使用包子对象作为锁对象 19 包子铺类和吃货的类就需要把包子对象作为参数传递进来 20 1.需要在成员位置创建一个包子变量 21 2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值 22 */ 23 public class BaoZiPu extends Thread{ 24 //1.需要在成员位置创建一个包子变量 25 private BaoZi bz; 26 27 //2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值 28 public BaoZiPu(BaoZi bz) { 29 this.bz = bz; 30 } 31 32 //设置线程任务(run):生产包子 33 @Override 34 public void run() { 35 //定义一个变量 36 int count = 0; 37 //让包子铺一直生产包子 38 while(true){ 39 //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行 40 synchronized (bz){ 41 //对包子的状态进行判断 42 if(bz.flag==true){ 43 //包子铺调用wait方法进入等待状态 44 try { 45 bz.wait(); 46 } catch (InterruptedException e) { 47 e.printStackTrace(); 48 } 49 } 50 51 //被唤醒之后执行,包子铺生产包子 52 //增加一些趣味性:交替生产两种包子 53 if(count%2==0){ 54 //生产 薄皮三鲜馅包子 55 bz.pi = "薄皮"; 56 bz.xian = "三鲜馅"; 57 }else{ 58 //生产 冰皮 牛肉大葱陷 59 bz.pi = "冰皮"; 60 bz.xian = "牛肉大葱陷"; 61 62 } 63 count++; 64 System.out.println("包子铺正在生产:"+bz.pi+bz.xian+"包子"); 65 //生产包子需要3秒钟 66 try { 67 Thread.sleep(3000); 68 } catch (InterruptedException e) { 69 e.printStackTrace(); 70 } 71 //包子铺生产好了包子 72 //修改包子的状态为true有 73 bz.flag = true; 74 //唤醒吃货线程,让吃货线程吃包子 75 bz.notify(); 76 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"); 77 } 78 } 79 } 80 }
ChiHuo.java:
1 /* 2 消费者(吃货)类:是一个线程类,可以继承Thread 3 设置线程任务(run):吃包子 4 对包子的状态进行判断 5 false:没有包子 6 吃货调用wait方法进入等待状态 7 true:有包子 8 吃货吃包子 9 吃货吃完包子 10 修改包子的状态为false没有 11 吃货唤醒包子铺线程,生产包子 12 */ 13 public class ChiHuo extends Thread{ 14 //1.需要在成员位置创建一个包子变量 15 private BaoZi bz; 16 17 //2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值 18 public ChiHuo(BaoZi bz) { 19 this.bz = bz; 20 } 21 //设置线程任务(run):吃包子 22 @Override 23 public void run() { 24 //使用死循环,让吃货一直吃包子 25 while (true){ 26 //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行 27 synchronized (bz){ 28 //对包子的状态进行判断 29 if(bz.flag==false){ 30 //吃货调用wait方法进入等待状态 31 try { 32 bz.wait(); 33 } catch (InterruptedException e) { 34 e.printStackTrace(); 35 } 36 } 37 38 //被唤醒之后执行的代码,吃包子 39 System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"的包子"); 40 //吃货吃完包子 41 //修改包子的状态为false没有 42 bz.flag = false; 43 //吃货唤醒包子铺线程,生产包子 44 bz.notify(); 45 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"); 46 System.out.println("----------------------------------------------------"); 47 } 48 } 49 } 50 }
调用执行:
Demo.java:
1 /* 2 测试类: 3 包含main方法,程序执行的入口,启动程序 4 创建包子对象; 5 创建包子铺线程,开启,生产包子; 6 创建吃货线程,开启,吃包子; 7 */ 8 public class Demo { 9 public static void main(String[] args) { 10 //创建包子对象; 11 BaoZi bz =new BaoZi(); 12 //创建包子铺线程,开启,生产包子; 13 new BaoZiPu(bz).start(); 14 //创建吃货线程,开启,吃包子; 15 new ChiHuo(bz).start(); 16 } 17 }