java 协程为什么不阻塞线程 java线程协作

一、管程法

概念

1. 管程可以看做一个软件模块，它是将共享的变量和对这些变量的操作封装起来，形成一个具有一定接口功能的模块，线程可以调用管程来实现线程级别的并发控制。
2. 线程只能互斥的使用管程，即当一个线程使用管程时，另一个进程必须等待。当一个线程使用完管程后，它必须释放管程并唤醒等待管程的某个线程。
3. 在管程入口处的等待队列称为等待队列，由于线程会执行唤醒操作，因此可能有多个等待使用管程的队列，这些队列有优先级之分，高优先级先得到执行。

管程的特征

1. 模块化：管程时一个基本的软件模块，可以被单独编译
2. 抽象数据类型：管程中封装了数据及对应数据的操作，这点像面向对象编程语言中的类。
3. 信息隐藏：管程外的进程或者其他软件模块只能通过管程对外的接口来访问管程提供的操作，管程内部的实现细节对外界是透明的。
4. 使用的互斥性：任意时刻，管程只能由一个线程使用。进入管程时的互斥由编译器负责完成。

java中管程落地方案

wait、notify/notifyAll、syncronized介绍

wait

wait是线程在对象锁上阻塞，同时释放对象锁。

notify/notifyAll

notify/notifyAll用来唤醒阻塞在对象锁上的线程。

syncronized用来申请对象锁。

wait、notify/notifyAll必须与syncronized一起使用，因为wait、notify/notifyAll是对锁的操作，对锁操作就必须先使用syncronized获取锁。

注意

1. notify/notifyAll的执行只是唤醒沉睡的线程，而不会立即释放锁，syncronize方法结束才会释放锁。所以在代码中，尽量在使用了notify/notifyAll后立即退出临界区，以唤醒其他线程让其获得锁。
2. wait()需要被try catch包围，以便发生异常中断也可以使wait等待的线程唤醒。
3. notify和wait的顺序不能错，如果A线程先执行notify方法，B线程再执行wait方法，那么B线程是无法被唤醒的。
4. notify唤醒沉睡的线程后，沉睡的线程会接着上次的执行继续执行。所以在进行调节判断时，可以先把wait语句忽略不计进行考虑；显然，要确保程序一定要执行，并且要保证程序直到满足一定的条件在执行。
5. 被唤醒的线程会接着wait之后的代码继续执行，同时多线程的共享的变量也会刷新为最新的值，因为唤醒后的线程重新执行时也要通过syncronized重新拿到锁，这个过程中syncronized会把共享的变量刷新到线程自己的工作内存中（虚拟机栈）。

生产者消费者场景

角色

生产者负责向缓冲区放入产品。
消费者负责从缓冲区获取产品。
缓冲区负责产品数量，提供push方法和pop方法，协调生产者和消费的通信，起到管程的作用，封装共享资源，提供对共享资源的操作方法。

生产者和消费者场景示例

缓冲区起到管程的作用，封装了共享资源Product[]、提供了push和pop方法操作共享资源，所以叫做线程协作的管程法。

下面被唤醒的线程会继续执行wait后面的代码，index和products在唤醒后会被重新同步主存的值到线程自己的虚拟机栈中，因此值都是最新的值。

因为唤醒后的线程需要重新拿到锁，才能保证与其他线程的互斥性，拿锁的操作时由synchronized操作的，同时synchronized会去刷新index和products的值。

二、信号灯法

概念

与管程法不同的地方是，通过信号灯标记来控制多线程的同步，因为没有了管程中的缓冲器，导致两个线程完全按照生产消费的顺序来执行，无法并行操作。

示例

• 生产者：老师（出题）
• 消费者：学生（解题）
• 产品：黑板（题目）

public class SignalMethod {
    public static void main(String[] args) {
        BlockBoard blockBoard = new BlockBoard();
        new Teacher(blockBoard).start();
        new Student(blockBoard).start();
    }
}
//生产者:老师（出题）
class Teacher extends Thread {
    private BlockBoard blockBoard;

    public Teacher(BlockBoard blockBoard) {
        this.blockBoard = blockBoard;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            blockBoard.setQuestion(i);
        }
    }
}

// 消费者:学生（解题）
class Student extends Thread {
    private BlockBoard blockBoard;

    public Student(BlockBoard blockBoard) {
        this.blockBoard = blockBoard;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            blockBoard.solveQuestion(i);
        }
    }
}

// 产品:黑板（题目）
class BlockBoard {
    // true:老师出题，学生等待；false:学生解题，老师等待
    private boolean flag = true;

    public synchronized void setQuestion(int count) {
        if (!flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("老师第" + (count + 1) + "次出题");
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }

    public synchronized void solveQuestion(int count) {
        if (flag) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("学生第" + (count + 1) + "次解题");
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }

}

• 执行结果

三、线程池法

概念

1. 背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
2. 思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的共享单车。
3. 好处

• 提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
• 降低资源销毁（重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建）
• 便于线程管理

4. 核心参数

• corePoolSize:核心池的大小
• maximumPoolSize:最大线程数
• keepAliveTime:线程没有任务时最多保存多长时间后会终止

5. JDK5.0 起提供了线程池相关API：ExecutorService接口和Executors工具类

• ExecutorService：真正的线程池接口。场景的之类ThreadPoolExecutor。

1. void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable。
2. Future submit(Callable task)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable。
3. void shutdown()：关闭线程池。

• Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。