多线程通信wait/notify

Posted 2020-12-12 hkmblogs

Java 多线程（七） 线程间的通信——wait及notify方法

 

线程间的相互作用

　　线程间的相互作用：线程之间需要一些协调通信，来共同完成一件任务。

　　Object类中相关的方法有两个notify方法和三个wait方法：

 

　　因为wait和notify方法定义在Object类中，因此会被所有的类所继承。

　　这些方法都是final的，即它们都是不能被重写的，不能通过子类覆写去改变它们的行为。

wait()方法

　　wait()方法使得当前线程必须要等待，等到另外一个线程调用notify()或者notifyAll()方法。

　　当前的线程必须拥有当前对象的monitor，也即lock，就是锁。

　　线程调用wait()方法，释放它对锁的拥有权，然后等待另外的线程来通知它（通知的方式是notify()或者notifyAll()方法），这样它才能重新获得锁的拥有权和恢复执行。

　　要确保调用wait()方法的时候拥有锁，即，wait()方法的调用必须放在synchronized方法或synchronized块中。

 

　　一个小比较：

　　当线程调用了wait()方法时，它会释放掉对象的锁。

　　另一个会导致线程暂停的方法：Thread.sleep()，它会导致线程睡眠指定的毫秒数，但线程在睡眠的过程中是不会释放掉对象的锁的。

notify()方法

　　notify()方法会唤醒一个等待当前对象的锁的线程。

　　        如果多个线程在等待，它们中的一个将会选择被唤醒。这种选择是随意的，和具体实现有关。（线程等待一个对象的锁是由于调用了wait方法中的一个）。

　　被唤醒的线程是不能被执行的，需要等到当前线程放弃这个对象的锁。

　　        被唤醒的线程将和其他线程以通常的方式进行竞争，来获得对象的锁。也就是说，被唤醒的线程并没有什么优先权，也没有什么劣势，对象的下一个线程还是需要通过一般性的竞争。

　　notify()方法应该是被拥有对象的锁的线程所调用。

　　     （This method should only be called by a thread that is the owner of this object‘s monitor.）换句话说，和wait()方法一样，notify方法调用必须放在synchronized方法或synchronized块中。

 

　　wait()和notify()方法要求在调用时线程已经获得了对象的锁，因此对这两个方法的调用需要放在synchronized方法或synchronized块中。

　　一个线程变为一个对象的锁的拥有者是通过下列三种方法：

　     　1.执行这个对象的synchronized实例方法。

　     　2.执行这个对象的synchronized语句块。这个语句块锁的是这个对象。

　     　3.对于Class类的对象，执行那个类的synchronized、static方法。

程序实例

　　利用两个线程，对一个整形成员变量进行变化，一个对其增加，一个对其减少，利用线程间的通信，实现该整形变量0101这样交替的变更。

NumberTest

public class NumberHolder
{
    private int number;

    public synchronized void increase()
    {
        if (0 != number)
        {
            try
            {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 能执行到这里说明已经被唤醒
        // 并且number为0
        number++;
        System.out.println(number);

        // 通知在等待的线程
        notify();
    }

    public synchronized void decrease()
    {
        if (0 == number)
        {
            try
            {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }

        }

        // 能执行到这里说明已经被唤醒
        // 并且number不为0
        number--;
        System.out.println(number);
        notify();
    }

}



public class IncreaseThread extends Thread
{
    private NumberHolder numberHolder;

    public IncreaseThread(NumberHolder numberHolder)
    {
        this.numberHolder = numberHolder;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        for (int i = 0; i < 20; ++i)
        {
            // 进行一定的延时
            try
            {
                Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }

            // 进行增加操作
            numberHolder.increase();
        }
    }

}



public class DecreaseThread extends Thread
{
    private NumberHolder numberHolder;

    public DecreaseThread(NumberHolder numberHolder)
    {
        this.numberHolder = numberHolder;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        for (int i = 0; i < 20; ++i)
        {
            // 进行一定的延时
            try
            {
                Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }

            // 进行减少操作
            numberHolder.decrease();
        }
    }

}



public class NumberTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        NumberHolder numberHolder = new NumberHolder();
        
        Thread t1 = new IncreaseThread(numberHolder);
        Thread t2 = new DecreaseThread(numberHolder);
                
        t1.start();
        t2.start();
    }

}

如果再多加上两个线程呢？

　　即把其中的NumberTest类改为如下：

NumberTest 4线程

public class NumberTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        NumberHolder numberHolder = new NumberHolder();
        
        Thread t1 = new IncreaseThread(numberHolder);
        Thread t2 = new DecreaseThread(numberHolder);
        
        Thread t3 = new IncreaseThread(numberHolder);
        Thread t4 = new DecreaseThread(numberHolder);
                
        t1.start();
        t2.start();
        
        t3.start();
        t4.start();
    }

}

运行后发现，加上t3和t4之后结果就错了。

　　为什么两个线程的时候执行结果正确而四个线程的时候就不对了呢？

　　因为线程在wait()的时候，接收到其他线程的通知，即往下执行，不再进行判断。两个线程的情况下，唤醒的肯定是另一个线程；但是在多个线程的情况下，执行结果就会混乱无序。

　　比如，一个可能的情况是，一个增加线程执行的时候，其他三个线程都在wait，这时候第一个线程调用了notify()方法，其他线程都将被唤醒，然后执行各自的增加或减少方法。

　　解决的方法就是：在被唤醒之后仍然进行条件判断，去检查要改的数字是否满足条件，如果不满足条件就继续睡眠。把两个方法中的if改为while即可。

NumberHolder 4线程

public class NumberHolder
{
    private int number;

    public synchronized void increase()
    {
        while (0 != number)
        {
            try
            {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 能执行到这里说明已经被唤醒
        // 并且number为0
        number++;
        System.out.println(number);

        // 通知在等待的线程
        notify();
    }

    public synchronized void decrease()
    {
        while (0 == number)
        {
            try
            {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }

        }

        // 能执行到这里说明已经被唤醒
        // 并且number不为0
        number--;
        System.out.println(number);
        notify();
    }

}