在前面讲了很多关于同步的问题,现在讲线程之间的协作。
经典的生产者-消费者模型:当队列满时,生产者等待队列有空间才能继续往里面放入商品,在等待的期间,生产者必须释放对临界资源(即队列)的占用权。因为生产者如果不释放对临界资源的占用权,那么消费者就无法消费队列中的商品,生产者就会一直无限等待下去。因此,一般情况下,当队列满时,会让生产者交出对临界资源的占用权,并进入挂起状态。然后等待消费者消费了商品,然后消费者通知生产者队列有空间了。同样地,当队列空时,消费者也必须等待,等待生产者通知它队列中有商品了。这种互相通信的过程就是线程间的协作。
Java中线程协作的最常见的两种方式:1.利用Object.wait()、Object.notify() 、2.使用Condition
一.wait()、notify()和notifyAll()
1)wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,并且为final方法,无法被重写。
2)调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞,并且当前线程必须拥有此对象的monitor(即锁)
3)调用某个对象的notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程,如果有多个线程都在等待这个对象的monitor,则只能唤醒其中一个线程;
4)调用notifyAll()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程;
为何这三个不是Thread类声明中的方法,而是Object类中声明的方法?
由于每个对象都拥有monitor(即锁),所以让当前线程等待某个对象的锁,当然应该通过这个对象来操作了。而不是用当前线程来操作,因为当前线程可能会等待多个对象的锁,如果通过线程来操作,就非常复杂了。由于Thread类继承了Object类,所以Thread也可以调用者三个方法。
wait(): 调用某个对象的wait()方法,当前线:程必须拥有这个对象的monitor(即锁),因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行(synchronized块或者synchronized方法);调用某个对象的wait()方法,相当于让当前线程交出此对象的monitor,然后进入等待状态,等待后续再次获得此对象的锁(Thread类中的sleep方法使当前线程暂停执行一段时间,从而让其他线程有机会继续执行,但它并不释放对象锁);
notify(): 唤醒一个正在等待该对象的monitor的线程,当有多个线程都在等待该对象的monitor的话,则只能唤醒其中一个线程,具体唤醒哪个线程则不得而知,具体依赖于操作系统的调度。调用某个对象的notify()方法,当前线程也必须拥有这个对象的monitor,因此调用notify()方法必须在同步块或者同步方法中进行(synchronized块或者synchronized方法)。
nofityAll():能够唤醒所有正在等待该对象的monitor的线程。
注意:notify()和notifyAll()方法只是唤醒等待该对象的monitor的线程,并不决定哪个线程能够获取到monitor。一个线程被唤醒不代表立即获取了对象的monitor,只有等调用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized块,释放对象锁后,其余线程才可获得锁执行。
public class Test {public static Object object = new Object();public static void main(String[] args) {ThreadA threadA = new ThreadA();ThreadB threadB = new ThreadB();threadA.start();//线程名称:Thread-0try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}threadB.start();//线程名称:Thread-1}static class ThreadA extends Thread{@Overridepublic void run() {synchronized (object) {try {object.wait();} catch (InterruptedException e) {}System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"获取到了锁");}}}static class ThreadB extends Thread{@Overridepublic void run() {synchronized (object) {object.notify();System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"调用了object.notify()");}System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"释放了锁");}}
}
执行结果:
线程Thread-1调用了object.notify()
线程Thread-1释放了锁
线程Thread-0获取到了锁
二.Condition
Condition是个接口,基本的方法就是await()和signal()方法;依赖于Lock接口,生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition() ,调用Condition的await()和signal()方法,都必须在lock保护之内,就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用。
Conditon中的await()对应Object的wait();
Condition中的signal()对应Object的notify();
Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。
相比之下,Condition这种方式实现线程间协作更加安全和高效。(阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。)
三.生产者-消费者模型的实现
1.使用Object的wait()和notify()实现:
public class Test {private int queueSize = 10;private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);public static void main(String[] args) {Test test = new Test();Producer producer = test.new Producer();Consumer consumer = test.new Consumer();producer.start();consumer.start();}class Consumer extends Thread{@Overridepublic void run() {consume();}private void consume() {while(true){synchronized (queue) {while(queue.size() == 0){try {System.out.println("队列空,等待数据");queue.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();queue.notify();}}queue.poll(); //每次移走队首元素queue.notify();System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");}}}}class Producer extends Thread{@Overridepublic void run() {produce();}private void produce() {while(true){synchronized (queue) {while(queue.size() == queueSize){try {System.out.println("队列满,等待有空余空间");queue.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();queue.notify();}}queue.offer(1); //每次插入一个元素queue.notify();System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));}}}}
}
2.使用Condition实现
public class Test {private int queueSize = 10;private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);private Lock lock = new ReentrantLock();private Condition notFull = lock.newCondition();private Condition notEmpty = lock.newCondition();public static void main(String[] args) {Test test = new Test();Producer producer = test.new Producer();Consumer consumer = test.new Consumer();producer.start();consumer.start();}class Consumer extends Thread{@Overridepublic void run() {consume();}private void consume() {while(true){lock.lock();try {while(queue.size() == 0){try {System.out.println("队列空,等待数据");notEmpty.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}queue.poll(); //每次移走队首元素notFull.signal();System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");} finally{lock.unlock();}}}}class Producer extends Thread{@Overridepublic void run() {produce();}private void produce() {while(true){lock.lock();try {while(queue.size() == queueSize){try {System.out.println("队列满,等待有空余空间");notFull.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}queue.offer(1); //每次插入一个元素notEmpty.signal();System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));} finally{lock.unlock();}}}}
}