等待/通知机制:
厨师和服务员之间的交互要在“菜品传递台”上,在这期间会有几个问题:
1)厨师做完一道菜的时间不确定,所以厨师将菜品放到“菜品传递台”上的时间也不确定。
2)服务员取到菜的时间取决于厨师,所以服务员就有“等待”(wait)的状态。
3)服务员如何能取到菜呢?这又得取决于厨师,厨师将菜放在“菜品传递台”上,其实就相当于一种通知(notify),这时服务员才可以拿到菜并交给就餐者。
等待(wait)/ 通知(notify)实现:
方法wait()的作用是使当前执行代码的线程进行等待,wait()方法是Object的方法,该方法用来将当前线程置入“预执行队列”中,并且在 wait()所在的代码处停止执行,直到接到通知(notify)或是被中断为止。在调用wait()之前,线程必须获得该对象的对象级别锁,即只能在同步方法或是同步块中调用wait()方法。在执行wait()方法后,当前线程释放锁。在从wait()返回前,线程与其他线程竞争重新获得锁。如果调用wait()时没有持有适当的锁,则抛出IllegalMintorStateException,它是RuntimeException的一个子类,不需要try-catch语句进行捕捉。
方法notify()也要在同步方法或是同步块中调用,即在调用前,线程也必须获得该对象的对象级别锁。如果调用notify()时没有持有适当的锁,也会抛出IllegalMintorStateException。该方法用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程,如果有多个线程等待,则有线程规划器随机挑选出其中一个呈wait状态的线程,对其发出通知notify,并使它等待获得该对象的对象锁。
在执行notify()方法后,当前线程不会马上释放该对象锁,呈wait状态的线程也不能马上获得该对象锁,要等到执行notify()方法的线程将程序执行完,也就是退出syncrhonized代码块后,当前线程才会释放锁。而呈wait状态所在的线程才可以获得该对象锁。当第一个获得该对象锁的wait线程运行完毕以后,它会释放掉该对象锁,此时如果该对象没有再次使用notify语句,则即便该对象已经空闲,其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知,还会继续阻塞在wait状态,直到这个对象发出一个notify或是notifyAll。
通过调用wait()方法可以使处于临界区内的线程进入等待状态,同时释放被同步对象的锁。而notify操作可以唤醒一个因调用了wait操作而处于阻塞状态的线程,使其进入就绪状态。被重新唤醒的线程会试图重新获得临界区的控制权,也就是锁,并继续执行临界区内wait之后的代码。如果发出notify操作时没有处于阻塞状态中的线程,那么该命令会被忽略。
带一个参数的wait(long)方法的功能是等待某一时间内是否有线程对锁进行唤醒,如果超过这个时间就自动唤醒。
wait()方法可以使调用该方法的线程释放其共享资源的锁,然后从运行状态退出,进入等待队列,直到被再次唤醒。
notify()方法可以随机唤醒等待队列中等待同一共享资源的“一个”线程,并使该线程退出等待队列,进入可运行状态。
notifyAll()方法可以使所有正在等待队列中等待同一共享资源“全部”线程从等待状态退出,进入可运行状态。此时,优先级最高的那个线程最先执行,但也可能是随机执行,这取决于JVM虚拟机的实现。
Thread API:
1)新创建一个新的线程对象后,再调用它的start()方法,系统会为此线程分配CPU资源,使其处于Runnable(可运行)状态,这是一个准备运行的阶段。如果线程抢占到CPU资源,此线程就处于Running(运行)状态。
2)Runnable状态和Running状态可相互切换,因为有可能线程运行一段时间后,有其他高优先级的线程抢占了CPU资源,这时此资源就从Running状态编程Runnable状态。
线程进入Runnable状态大体分为如下5种情况:
3)Blocked是阻塞的意思,例如遇到一个IO操作,此时CPU处于空闲状态,可能会转而把CPU时间片分配给其他线程,这时也可以称为“暂停”状态。Blocked状态结束后,进入Runnable状态,等待系统重新分配资源。
线程出现阻塞的情况大体分为5种:
4)Run()方法运行结束后进入销毁阶段,整个线程执行完毕。
每个锁对象都有两个队列,一个是就绪队列,一个是阻塞队列。就绪队列存储了将要获得锁的线程,阻塞队列存储了被阻塞的线程。一个线程被唤醒后,才会进入就绪队列,等待CPU的调度;反之,一个线程被wait后,就会进入阻塞队列,等待下一次被唤醒。
线程间的通信
两个线程可以通过管道流(字节流PipedInputStream和PipedOutputStream, 字符流PipedReader和PipedWriter)进行数据传输,一般情况下应先启动读取线程,这样可以避免一次性读取多个写入的结果,由于没有数据先被写入,所有线程会阻塞在read方法中,直到有数据被写入,才继续向下运行。
Produce & Consumer
当进行多个Producer和多个Consumer操作时,有可能进入假死状态,线程间是通过wait/notify进行通信,这样并不能保证唤醒是异类。也有可能是同类,比如Producer唤醒Producer,Consumer唤醒Consumer这种情况。按照这种情况运行会使某一类的比率积少成多,就导致所有的线程都在等待对方来唤醒,都呈waiting状态,程序最后也就呈假死状态。解决方法是避免使用notify()来唤醒对方,而是使用notifyAll()来唤醒所有等待的线程。
Join方法的使用
是所属的线程对象x正常执行run()方法中的任务,而使当前线程z进行无限期的阻塞,等待线程x销毁后再继续执行线程z后面的代码。方法join具有使线程排队运行的作用,有些类似同步的运行效果。join与synchronized的区别是:join在内部使用wait()方法进行等待,而synchronized关键字使用的是“对象监视器”原理进行同步。
带一个参数的join(long)方法的功能是使用wait(long)方法来实现的,所以具有释放锁的特点。等待某一时间后自动唤醒。Thread.sleep(long)方法则是不具备释放锁的特点。
ThreadLocal
ThreadLocal可以把定义的变量在每个Thread中拥有自己私有的值,使变量拥有线程的隔离性。如果没有赋予初始值的话,变量值为null,每个Thread都可以通过set和get方法进行赋予和调用。初始值可以通过继承ThreadLocal中的方法protected Object initialValue()来进行赋予。当子程序想继承父程序的值时可以通过继承ThreadLocal的衍生类InheritableThreadLocal,这样在子程序中所取到的值和父程序中的一样。也可以通过InheritableThreadLocal中的方法protected Object childValue()来再进一步进行修改。