Java 中的等待唤醒机制透彻讲解

Posted 2021-03-14 李亦华的博客

线程的状态

首先了解一下什么是线程的状态，线程状态就是当线程被创建（new），并且启动（start）后，它不是一启动就进入了执行状态（run），也不是一直都处于执行状态。

这里说一下Java 的Thread类里面有一个State方法，这个方法里面涵盖了6种线程的状态，如下：

public enum State {
    // 尚未启动的线程的线程状态。
    NEW,

    // 可运行线程的线程状态。
    RUNNABLE,

    // 线程的线程状态被阻塞，等待监视器锁定。
    BLOCKED,

    // 等待线程的线程状态。
    WAITING,

    // 具有指定等待时间的等待线程的线程状态。
    TIMED_WAITING,

    // 终止线程的线程状态。
    TERMINATED;
}

 

导致这六种线程状态发生的条件

New -- 新建

线程刚被创建，不过还没有被启动（还没有调用start方法）

 

Runnable -- 可运行

处于可运行状态的线程正在Java虚拟机中执行，但是它可能正在等待来自操作系统（例如处理器）的其他资源。

 

Blocked -- 锁阻塞

当一个线程想获取一个对象锁，不过该对象锁被其它的线程持有时，该线程就会进入锁阻塞状态；当该线程持有锁的时候，该线程将会变成可运行的状态。

 

Waiting -- 无限等待

当一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程就会进入无限等待状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，要等待另一个线程调用notify()方法，或notifyall()方法才能够被唤醒。

 

Timed_Waiting -- 计时等待

类似于无限等待状态，有几个方法有超时参数，如：Thread.sleep、Object.wait方法。调用这些方法，进入计时等待状态。计时等待状态将会一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。

 

terminated -- 被终止

1、因为run方法的正常退出而死亡。

2、因为没有捕获的异常，终止了run方法而死亡。

 

等待唤醒案例切入

顾客要去饭店吃饭，自助下单，说明要吃什么，数量是多少。下完单以后，顾客就等待该饭店厨师做饭菜，也就是Waiting状态（无限等待状态）。

厨师收到下单信息，开始做饭菜，做好饭菜，把饭菜递到顾客桌面上，顾客看到饭菜已经来了（notify方法），就可以开吃了（等待唤醒机制）。

 

Java代码实现（线程之间的通信）

分析

创建一个顾客线程：下单，告知厨师要什么菜，菜的数量，调用wait方法，放弃CPU的执行，进入到无限等待状态（Waiting）

创建一个厨师线程：看到下单，花了3秒钟做饭菜，做好之后，调用notify方法，唤醒顾客吃饭了。

注意

顾客线程和厨师线程，必须使用同步代码块包裹起来，保证等待和唤醒只能有一个在执行。

同步使用的锁对象必须保证唯一。

只有锁对象才能够调用Object.wait方法和Object.notify方法。

代码

public class Demo01WaitNotify {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建锁对象（要保证锁唯一）
        Object object = new Object();

        // 创建一个顾客线程
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                // 使用同步代码块包裹起来，保证等待和唤醒只能有一个在执行。
                synchronized (object) {
                    // 顾客下单
                    System.out.println("我要一个西虹市炒番茄，一个马铃薯炒土豆，两碗米饭");
                    // 调用wait方法，放弃CPU的执行，进入到无限等待状态（Waiting）
                    try {
                        object.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 唤醒之后（饭菜上来后），吃饭！！！真香。
                    System.out.println("我就是饿死，从这里跳下去，也不会吃你们一口饭。。。真香！！！！");
                }
            }
        }.start();

        // 创建一个厨师线程
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                // 厨师收到下单请求，花三秒钟把饭菜做好
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 使用同步代码块包裹起来，保证等待和唤醒只能有一个在执行。
                synchronized (object) {
                    System.out.println("我的饭菜三秒钟做好了，你食唔食哦？");
                    // 做好之后，调用notify方法，唤醒顾客吃饭了。
                    object.notify();
                }
            }
        }.start();
    }
}

控制台输出：
我要一个西虹市炒番茄，一个马铃薯炒土豆，两碗米饭
我的饭菜三秒钟做好了，你食唔食哦？
我就是饿死，从这里跳下去，也不会吃你们一口饭。。。真香！！！！

 

上面的代码，存在线程间的通信，那什么又是线程间的通信呢？简单的说，就是多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不同。如上，厨师线程做饭菜，顾客线程吃饭菜。那为什么要进行线程间的通信呢？多个线程并发执行的时候，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，并且希望它们有规律的执行的时候，那么多线程就之间就需要一些协调通信，来达到多线程共同操作一份数据。

 

对代码中通信的理解：

对又没有饭菜进行判断——

1、没有饭菜（False）。

2、顾客下单。

3、厨师做饭菜。

4、顾客线程等待。

5、厨师做好饭菜

6、修改饭菜的状态（True）

7、有饭菜，厨师线程提醒顾客线程吃饭菜。

8、厨师线程等待

9、吃完饭菜，修改饭菜的状态（False）

这就是顾客线程与厨师线程之间的通信。以此类推，其它Java程序中多线程的通信也是同样的道理。

 

 

Java 中的等待唤醒机制就解析到这里了，如果有什么不足、错误的地方，希望大佬们指正。