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Java并发编程(十一):wait和notify

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wait和notify

1.对于wait()和notify()的理解

对于wait()和notify()的理解,还是要从jdk官方文档中开始,在Object类方法中有:

void notify() 
Wakes up a single thread that is waiting on this object’s monitor. 
译:唤醒在此对象监视器上等待的单个线程

void notifyAll() 
Wakes up all threads that are waiting on this object’s monitor. 
译:唤醒在此对象监视器上等待的所有线程

void wait( ) 
Causes the current thread to wait until another thread invokes the notify() method or the notifyAll( ) method for this object. 
译:导致当前的线程等待,直到其他线程调用此对象的notify( ) 方法或 notifyAll( ) 方法

void wait(long timeout) 
Causes the current thread to wait until either another thread invokes the notify( ) method or the notifyAll( ) method for this object, or a specified amount of time has elapsed. 
译:导致当前的线程等待,直到其他线程调用此对象的notify() 方法或 notifyAll() 方法,或者指定的时间过完。

void wait(long timeout, int nanos) 
Causes the current thread to wait until another thread invokes the notify( ) method or the notifyAll( ) method for this object, or some other thread interrupts the current thread, or a certain amount of real time has elapsed. 
译:导致当前的线程等待,直到其他线程调用此对象的notify( ) 方法或 notifyAll( ) 方法,或者其他线程打断了当前线程,或者指定的时间过完。

上面是官方文档的简介,下面我们根据官方文档总结一下:

  • wait( ),notify( ),notifyAll( )都不属于Thread类,而是属于Object基础类,也就是每个对象都有wait( ),notify( ),notifyAll( ) 的功能,因为每个对象都有锁,锁是每个对象的基础,当然操作锁的方法也是最基础了。

  • 当需要调用以上的方法的时候,一定要对竞争资源进行加锁,如果不加锁的话,则会报 IllegalMonitorStateException 异常

  • 当想要调用wait( )进行线程等待时,必须要取得这个锁对象的控制权(对象监视器),一般是放到synchronized(obj)代码中。

  • 在while循环里而不是if语句下使用wait,这样,会在线程暂停恢复后都检查wait的条件,并在条件实际上并未改变的情况下处理唤醒通知

  • 调用obj.wait( )释放了obj的锁,否则其他线程也无法获得obj的锁,也就无法在synchronized(obj){ obj.notify() } 代码段内唤醒A。

  • notify( )方法只会通知等待队列中的第一个相关线程(不会通知优先级比较高的线程)

  • notifyAll( )通知所有等待该竞争资源的线程(也不会按照线程的优先级来执行)

  • 假设有三个线程执行了obj.wait( ),那么obj.notifyAll( )则能全部唤醒tread1,thread2,thread3,但是要继续执行obj.wait()的下一条语句,必须获得obj锁,因此,tread1,thread2,thread3只有一个有机会获得锁继续执行,例如tread1,其余的需要等待thread1释放obj锁之后才能继续执行。

  • 当调用obj.notify/notifyAll后,调用线程依旧持有obj锁,因此,thread1,thread2,thread3虽被唤醒,但是仍无法获得obj锁。直到调用线程退出synchronized块,释放obj锁后,thread1,thread2,thread3中的一个才有机会获得锁继续执行。

2.wait和notify简单使用示例
public class WaitNotifyTest {

    // 在多线程间共享的对象上使用wait
    private String[] shareObj = { "true" };

    public static void main(String[] args) {
        WaitNotifyTest test = new WaitNotifyTest();
        ThreadWait threadWait1 = test.new ThreadWait("wait thread1");
        threadWait1.setPriority(2);
        ThreadWait threadWait2 = test.new ThreadWait("wait thread2");
        threadWait2.setPriority(3);
        ThreadWait threadWait3 = test.new ThreadWait("wait thread3");
        threadWait3.setPriority(4);

        ThreadNotify threadNotify = test.new ThreadNotify("notify thread");

        threadNotify.start();
        threadWait1.start();
        threadWait2.start();
        threadWait3.start();
    }

    class ThreadWait extends Thread {

        public ThreadWait(String name){
            super(name);
        }

        public void run() {
            synchronized (shareObj) {
                while ("true".equals(shareObj[0])) {
                    System.out.println("线程"+ this.getName() + "开始等待");
                    long startTime = System.currentTimeMillis();
                    try {
                        shareObj.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    long endTime = System.currentTimeMillis();
                    System.out.println("线程" + this.getName() 
                            + "等待时间为:" + (endTime - startTime));
                }
            }
            System.out.println("线程" + getName() + "等待结束");
        }
    }

    class ThreadNotify extends Thread {

        public ThreadNotify(String name){
            super(name);
        }


        public void run() {
            try {
                // 给等待线程等待时间
                sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (shareObj) {
                System.out.println("线程" + this.getName() + "开始准备通知");
                shareObj[0] = "false";
                shareObj.notifyAll();
                System.out.println("线程" + this.getName() + "通知结束");
            }
            System.out.println("线程" + this.getName() + "运行结束");
        }
    }
}

运行结果:

线程wait thread1开始等待
线程wait thread3开始等待
线程wait thread2开始等待
线程notify thread开始准备通知
线程notify thread通知结束
线程notify thread运行结束
线程wait thread2等待时间为:2998
线程wait thread2等待结束
线程wait thread3等待时间为:2998
线程wait thread3等待结束
线程wait thread1等待时间为:3000
线程wait thread1等待结束

实现生产者和消费者问题

什么是生产者-消费者问题呢?

如上图,假设有一个公共的容量有限的池子,有两种人,一种是生产者,另一种是消费者。需要满足如下条件:

    1、生产者产生资源往池子里添加,前提是池子没有满,如果池子满了,则生产者暂停生产,直到自己的生成能放下池子。

    2、消费者消耗池子里的资源,前提是池子的资源不为空,否则消费者暂停消耗,进入等待直到池子里有资源数满足自己的需求。

  • 仓库类
import java.util.LinkedList;

/**
 *  生产者和消费者的问题
 *  wait、notify/notifyAll() 实现
 */
public class Storage1 implements AbstractStorage {
    //仓库最大容量
    private final int MAX_SIZE = 100;
    //仓库存储的载体
    private LinkedList list = new LinkedList();

    //生产产品
    public void produce(int num){
        //同步
        synchronized (list){
            //仓库剩余的容量不足以存放即将要生产的数量,暂停生产
            while(list.size()+num > MAX_SIZE){
                System.out.println("【要生产的产品数量】:" + num + "\t【库存量】:"
                        + list.size() + "\t暂时不能执行生产任务!");

                try {
                    //条件不满足,生产阻塞
                    list.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            for(int i=0;i<num;i++){
                list.add(new Object());
            }

            System.out.println("【已经生产产品数】:" + num + "\t【现仓储量为】:" + list.size());

            list.notifyAll();
        }
    }

    //消费产品
    public void consume(int num){
        synchronized (list){

            //不满足消费条件
            while(num > list.size()){
                System.out.println("【要消费的产品数量】:" + num + "\t【库存量】:"
                        + list.size() + "\t暂时不能执行生产任务!");

                try {
                    list.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //消费条件满足,开始消费
            for(int i=0;i<num;i++){
                list.remove();
            }

            System.out.println("【已经消费产品数】:" + num + "\t【现仓储量为】:" + list.size());

            list.notifyAll();
        }
    }
}
  • 抽象仓库类
public interface AbstractStorage {
    void consume(int num);
    void produce(int num);
}
  • 生产者
public class Producer extends Thread{
    //每次生产的数量
    private int num ;

    //所属的仓库
    public AbstractStorage abstractStorage;

    public Producer(AbstractStorage abstractStorage){
        this.abstractStorage = abstractStorage;
    }

    public void setNum(int num){
        this.num = num;
    }

    // 线程run函数
    @Override
    public void run()
    {
        produce(num);
    }

    // 调用仓库Storage的生产函数
    public void produce(int num)
    {
        abstractStorage.produce(num);
    }
}
  • 消费者
public class Consumer extends Thread{
    // 每次消费的产品数量
    private int num;

    // 所在放置的仓库
    private AbstractStorage abstractStorage1;

    // 构造函数,设置仓库
    public Consumer(AbstractStorage abstractStorage1)
    {
        this.abstractStorage1 = abstractStorage1;
    }

    // 线程run函数
    public void run()
    {
        consume(num);
    }

    // 调用仓库Storage的生产函数
    public void consume(int num)
    {
        abstractStorage1.consume(num);
    }

    public void setNum(int num){
        this.num = num;
    }
}
  • 测试
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        // 仓库对象
        AbstractStorage abstractStorage = new Storage1();

        // 生产者对象
        Producer p1 = new Producer(abstractStorage);
        Producer p2 = new Producer(abstractStorage);
        Producer p3 = new Producer(abstractStorage);
        Producer p4 = new Producer(abstractStorage);
        Producer p5 = new Producer(abstractStorage);
        Producer p6 = new Producer(abstractStorage);
        Producer p7 = new Producer(abstractStorage);

        // 消费者对象
        Consumer c1 = new Consumer(abstractStorage);
        Consumer c2 = new Consumer(abstractStorage);
        Consumer c3 = new Consumer(abstractStorage);

        // 设置生产者产品生产数量
        p1.setNum(10);
        p2.setNum(10);
        p3.setNum(10);
        p4.setNum(10);
        p5.setNum(10);
        p6.setNum(10);
        p7.setNum(80);

        // 设置消费者产品消费数量
        c1.setNum(50);
        c2.setNum(20);
        c3.setNum(30);

        // 线程开始执行
        c1.start();
        c2.start();
        c3.start();

        p1.start();
        p2.start();
        p3.start();
        p4.start();
        p5.start();
        p6.start();
        p7.start();
    }
}
  • 输出
【要消费的产品数量】:50    【库存量】:0    暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:20    【库存量】:0    暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:30    【库存量】:0    暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:10
【要消费的产品数量】:30    【库存量】:10    暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:20    【库存量】:10    暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:50    【库存量】:10    暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:20
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:30
【要消费的产品数量】:50    【库存量】:30    暂时不能执行生产任务!
【已经消费产品数】:20    【现仓储量为】:10
【要消费的产品数量】:30    【库存量】:10    暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:20
【要消费的产品数量】:50    【库存量】:20    暂时不能执行生产任务!
【要消费的产品数量】:30    【库存量】:20    暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:30
【已经消费产品数】:30    【现仓储量为】:0
【要消费的产品数量】:50    【库存量】:0    暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:10    【现仓储量为】:10
【要消费的产品数量】:50    【库存量】:10    暂时不能执行生产任务!
【已经生产产品数】:80    【现仓储量为】:90
【已经消费产品数】:50    【现仓储量为】:40
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