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, 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个任务, 并且我们希望有规律的执行, 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操作. 就是多个线程在同时操作同一份数据时, 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利用资源. 而这种手段即–等待唤醒机制.
等待唤醒机制什么是等待唤醒机制
这是多个线程间一种协作机制. 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, 线程之间也会有协作机制. 就好比在公司里你和你的同事们, 你们可能存在晋升时的竞争, 但是更多时候你们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. 这时的线程状态就是 Waiting. 它好要等着别的线程执行一个特别的动作, 也就是 “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, 参观有空位置后, 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.
哪怕只通知了一个等待的线程, 被通知线程也不能立即回复执行. 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, 所以他需要再次尝试去获取锁 (很可能面临其他线程的竞争). 成功后才能在放出调用 wait 方法之后的地方恢复执行.
总结
- 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: 必须用过锁对象调用者 2 个方法
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.
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 (解除包子铺等待状态), 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.
包子铺资源类
public class Baozi {
String pier ;
String xianer ;
boolean flag = false ;//包子资源 是否存在 包子资源状态
}
吃货线程类
public class ChiHuo extends Thread {
private Baozi bz;
public ChiHuo(String name, Baozi bz){
super(name);
this.bz = bz;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (bz) {
if (bz.flag == false) {//没包子
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("吃货正在吃" + bz.pier + bz.xianer + "包子");
bz.flag = false;
bz.notify();
}
}
}
}
包子铺线程类
public class BaoZiPu extends Thread {
private Baozi bz;
public BaoZiPu(String name, Baozi bz) {
super(name);
this.bz = bz;
}
@Override
public void run() {
int count = 0;
// 造包子
while (true) {
// 同步
synchronized (bz) {
if (bz.flag == true) { // 包子资源存在
try {
bz.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 没有包子, 造包子
System.out.println("包子铺开始做包子");
if (count % 2 == 0) {
// 冰皮, 五仁
bz.pier = "冰皮";
bz.xianer = "五仁";
} else {
// 薄皮, 牛肉大葱
bz.pier = "薄皮";
bz.xianer = "牛肉大葱";
}
count++;
bz.flag = true;
System.out.println("包子造好了：" + bz.pier + bz.xianer);
System.out.println("吃货来吃吧");
// 唤醒等待线程 (吃货)
bz.notify();
}
}
}
}
测试类
public static void main(String[] args) {
// 等待唤醒案例
Baozi bz = new Baozi();
ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);
ch.start();
bzp.start();
}
}
输出结果:
包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子
包子铺开始做包子
包子造好了：薄皮牛肉大葱
吃货来吃吧
吃货正在吃薄皮牛肉大葱包子
包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子
