JUC并发编程——wait-notify
目录
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- 一、wait / notify
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- 1.1 wait / notify 原理
- 1.2 wait / notify API介绍
- 二、wait VS sleep
- 三、wait / notify —代码改进
一、wait / notify
1.1 wait / notify 原理
● Owner线程发现条件不满足，调用wait( )方法即可进入WaitSet变为 WAITING状态
● BLOCKED 和 WAITING的线程都处于阻塞状态，不占用CPU时间片（相同点）
● BLOCKED 线程会在 Owner线程释放锁时唤醒
● WAITING 线程会在 Owner线程调用 notify 或 notifyAll时唤醒，但唤醒后并不意味着立刻获得锁，仍需进入EntryList重新竞争
1.2 wait / notify API介绍
● obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待
● obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中挑一个唤醒
● obj.notifyAll() 让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒
它们都是线程之间进行协作的手段，都属于 Object 对象的方法。无论是wait还是notify 必须获得此对象的锁，才能调用这几个方法
示例
正常运行：
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.Test18")
public class Test18 {
static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
synchronized (lock) {
try {
/* 需先获取对象锁，成为Owner后才能调wait();
这时才能进入lock所关联的Monitor对象中的WaitSet中WAITING
*/
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
notify()：挑一个唤醒
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;
@Slf4j(topic = "c.TestWaitNotify")
public class TestWaitNotify {
final static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
log.debug("执行....");
try {
obj.wait(); // 让线程在obj上一直等待下去
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("其它代码....");
}
},"t1").start();
new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
log.debug("执行....");
try {
obj.wait(); // 让线程在obj上一直等待下去
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("其它代码....");
}
},"t2").start();
// 主线程两秒后执行
sleep(2);
log.debug("唤醒 obj 上其它线程");
// 进入同一个对象中的Monitor
synchronized (obj) {
// 唤醒obj上一个线程(挑一个线程唤醒)
obj.notify();
// obj.notifyAll(); // 唤醒obj上所有等待线程
}
}
}
运行结果：
notifyAll()：全部唤醒
wait() 方法会释放对象的锁，进入 WaitSet 等待区，从而让其他线程就机会获取对象的锁。无限制等待，直到notify 为止（wait(0)也会无限制等待）
wait(long n) 有时限的等待, 到 n 毫秒后结束等待，或是被 notify
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.TestWaitNotify")
public class TestWaitNotify {
final static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
log.debug("执行....");
try {
// 让线程t1在obj上等待1s
obj.wait(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("其它代码....");
}
},"t1").start();
}
}
运行结果：即使未唤醒也会结束
若在等待期间被其他线程唤醒，则会恢复，不会等够时间才才向下运行
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;
@Slf4j(topic = "c.TestWaitNotify")
public class TestWaitNotify {
final static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
log.debug("执行....");
try {
// 让线程t1在obj上等待1s
obj.wait(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("其它代码....");
}
},"t1").start();
// 主线程0.5秒后执行
sleep(0.5);
log.debug("唤醒 obj 上其它线程");
// 进入同一个对象中的Monitor
synchronized (obj) {
obj.notifyAll();
}
}
}
运行结果：
二、wait VS sleep
sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别
- sleep 是 Thread 的静态方法，而 wait 是 Object 的方法（所有的对象都有的方法）
- sleep 不需要强制和 synchronized 配合使用，但 wait 需要和 synchronized 一起用
- sleep 在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但 wait 在等待的时候会释放对象锁
- 它们状态都为 TIMED_WAITING（有时限的等待）
sleep(0)：触发操作系统立刻重新进行一次CPU的竞争。竞争的结果也许是当前线程仍然获得CPU控制权，也许会换成别的线程获得CPU控制权
tip：作为锁的对象使用final修饰,final意味引用不可变（若引用发生变化,synchronized锁住的为不同对象）
sleep演示：
wait演示：（1s后主线程便成功获得锁）
三、wait / notify —代码改进
问题背景：模拟线程使用共享的room来达到线程安全
// 共享变量（线程安全的操作）
static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false; // 是否有烟
static boolean hasTakeout = false; // 外卖是否送到
思考下面的解决方案是否较好，为什么？
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
sleep(2);
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (hasCigarette) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}
}, "小南").start();
// 其他线程
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}, "其它人").start();
}
// 主线程等待1秒
sleep(1);
new Thread(() -> {
// 这里能不能加 synchronized (room)？
hasCigarette = true;
log.debug("烟到了噢！");
}, "送烟的").start();
观察7个线程的工作流程：
出现的问题（缺点）：
- 其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低
- 小南线程必须睡足 2s 后才能醒来，就算烟提前送到，也无法立刻醒来
- 加了 synchronized (room) 后，就好比小南在里面反锁了门睡觉，烟根本没法送进门，main 没synchronized 就好像 main 线程是翻窗户进来的
● 解决方法：使用 wait - notify 机制
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;
@Slf4j(topic = "c.TestCorrectPosture")
public class TestCorrectPostureStep1 {
static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false; // 有没有烟
static boolean hasTakeout = false;
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (hasCigarette) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}
}, "小南").start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}, "其它人").start();
}
sleep(1);
// 主线程等待1s后启动睡眠线程
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
hasCigarette = true;
log.debug("烟到了噢！");
// 唤醒正在睡眠的线程
room.notify();
}
}, "送烟的").start();
}
}
运行结果：（并发效率得到大大提升）
深度思考
如果有其他线程也在等待条件呢？（送烟线程会不会错误唤醒其他线程）
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;
@Slf4j(topic = "c.TestCorrectPosture")
public class TestCorrectPostureStep1 {
static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false; // 有没有烟
static boolean hasTakeout = false; // 外卖是否送到
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (hasCigarette) {
log.debug("可以开始干活了");
}
}
}, "小南").start();
// 小女线程等待外卖
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
Thread thread = Thread.currentThread();
log.debug("外卖送到了没？[{}]", hasTakeout);
if (!hasTakeout) {
log.debug("没外卖，先歇会");
}
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("外卖送到了没？[{}]", hasTakeout);
if (hasTakeout) {
log.debug("可以干活了");
} else {
log.debug("没干成活");
}
}
}, "小女").start();
sleep(1);
// 主线程等待1s后启动睡眠线程
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
hasCigarette = true;
log.debug("外卖到了噢！");
room.notify(); // 调用notify()时,只能在room中等待的线程中随机挑一个唤醒
}
}, "送外卖的").start();
}
}
运行结果：
出现的问题（缺点）：notify 只能随机唤醒一个 WaitSet 中的线程，这时如果有其它线程也在等待，那么就可能唤醒不了正确的线程，称之为虚假唤醒
● 解决方法：使用 notifyAll将所有线程唤醒
运行结果：
出现的问题（缺点）：用 notifyAll 仅解决某个线程的唤醒问题，但使用 if + wait 判断仅有一次机会，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了
● 解决方法：使用 while + wait，当条件不成立，再次 wait
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import static cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep;
@Slf4j(topic = "c.TestCorrectPosture")
public class TestCorrectPostureStep1 {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
// 线程还可以进入下一轮的等待
while (!hasCigarette) {
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if (hasCigarette) {
log.debug("可以开始干活了");
}else {
log.debug("没干成活......");
}
}
}, "小南").start();
// 小女线程等待外卖
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
Thread thread = Thread.currentThread();
log.debug("外卖送到了没？[{}]", hasTakeout);
if (!hasTakeout) {
log.debug("没外卖，先歇会");
}
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("外卖送到了没？[{}]", hasTakeout);
if (hasTakeout) {
log.debug("可以干活了");
} else {
log.debug("没干成活");
}
}
}, "小女").start();
sleep(1);
// 主线程等待1s后启动睡眠线程
new Thread(() -> {
synchronized (room) {
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了噢！");
room.notifyAll(); // 调用notifyAll()时,将所有在room中等待的线程全部唤醒
}
}, "送外卖的").start();
}
}
运行结果：
总结：
● 正确使用wait-notify的格式：
synchronized (lock) {
while(条件不成立){
lock.wait();
}
// 条件成立，继续向下运行
}
// 另一个线程
synchronized (lock) {
lock.notifyAll();
}