java thread中的wait()和notify()

Posted 2022-12-09 Heaven-Wang

关于线程的状态

java thread有五种状态类型

1. 新建状态（New）：新创建了一个线程对象。
2. 就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
3. 运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
4. 阻塞状态（Blocked）：塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。
5. 死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

当我们调用线程类的sleep()、suspend()、yield()、wait()等方法时会导致线程进入阻塞状态。

了解更详细信息可以参考：java 线程详解

关于wait()和notify()

• wait(): 调用任何对象的wait()方法会让当前线程进入等待，直到另一个线程调用同一个对象的notify()或notifyAll()方法。
• notify():唤醒因调用这个对象wait()方法而阻塞的线程。

首先，sleep()、suspend()、yield ()等方法都隶属于 Thread 类，但wait()/notify()这一对却直接隶属于Object 类，也就是说，所有对象都拥有这一对方法。初看起来这十分不可思议，但是实际上却是很自然的，因为这一对方法阻塞时要释放占用的锁，而锁是任何对象都具有的，调用对象的 wait() 方法导致线程阻塞，并且该对象上的锁被释放。而调用对象的notify()方法则导致因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选择的一个解除阻塞（但要等到获得锁后才真正可执行）。

其次，前面叙述的所有方法都可在任何位置调用，但是这一对方法却必须在 synchronized方法或块中调用，理由也很简单，只有在synchronized 方法或块中当前线程才占有锁，才有锁可以释放。同样的道理，调用这一对方法的对象上的锁必须为当前线程所拥有，这样才有锁可以释放。因此，这一对方法调用必须放置在这样的 synchronized方法或块中，该方法或块的上锁对象就是调用这一对方法的对象。若不满足这一条件，则程序虽然仍能编译，但在运行时会出现IllegalMonitorStateException异常。

最后，关于 wait() 和 notify() 方法再说明三点：

1. 调用 notify() 方法导致解除阻塞的线程是从因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的线程中随机选取的，我们无法预料哪一个线程将会被选择，所以编程时要特别小心，避免因这种不确定性而产生问题
2. 除了 notify()，还有一个方法 notifyAll() 也可起到类似作用，唯一的区别在于，调用 notifyAll() 方法将把因调用该对象的 wait() 方法而阻塞的所有线程一次性全部解除阻塞。当然，只有获得锁的那一个线程才能进入可执行状态。
3. wait()和notify()必须成对存在。

举例说明

例子一：主线程等待计数线程计算结束后打印计算结果

先写一个计数线程类CountThread：

public class CountThread extends Thread
    int total;
    @Override
    public void run()
        synchronized (this)
            for(int i=0;i<100;i++)
                total=total+1;
            
             this.notify();//唤醒被阻塞的线程
        
    

再写一个测试类作为主线程：

public class TestWait 
    public static void main(String[] args) 
        CountThread countThread=new CountThread();
        countThread.start();
        synchronized (countThread)
            System.out.println("等到countThread线程计算结束...");
            try 
                countThread.wait();
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            System.out.println("计算的结果是："+countThread.total);
        
    

运行结果：

等到countThread线程计算结束...
计算的结果是：100

实例二：生产者、消费者

生产者：

public class Producer extends Thread 
    public static final int MAX_BOX_SIZE = 5;
    Vector<String> messageBox = new Vector<>();

    @Override
    public void run() 
        try 
            while (true) 
                putMessage();
            
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
    

    public synchronized void putMessage() throws InterruptedException 
        while (messageBox.size() == MAX_BOX_SIZE) 
            this.wait();//当箱子满后则进入等待
        
        messageBox.add(new Date().toString());
        System.out.println("放入一条消息"+new Date().toString());
        this.notify();//放入消息后唤醒被锁住的线程（取消息线程）
    

    public synchronized void getMessage() throws InterruptedException 
        while (messageBox.size() == 0) 
            this.wait();//当箱子空后进入等待
        
        String message = (String) messageBox.firstElement();
        messageBox.removeElement(message);
        System.out.println("取出一条消息"+message);
        this.notify();//删除消息后唤醒被锁住的线程（放消息线程）
    

消费者：

public class Consumer extends Thread
    Producer producer;
    public Consumer(Producer producer)
        this.producer=producer;
    
    @Override
    public void run() 
        try 
            while (true) 
                producer.getMessage();
                Thread.sleep(500);
            
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
    
    public static void main(String[] args) 
        Producer producer=new Producer();
        Consumer consumer=new Consumer(producer);
        producer.start();
        consumer.start();
    

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