關(guān)于Java并發(fā)編程中線程間協(xié)作的兩種方式
引言
在前面我們將了很多關(guān)于同步的問題,然而在現(xiàn)實(shí)中,需要線程之間的協(xié)作。
比如說最經(jīng)典的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型:當(dāng)隊(duì)列滿時(shí),生產(chǎn)者需要等待隊(duì)列有空間才能繼續(xù)往里面放入商品,而在等待的期間內(nèi),生產(chǎn)者必須釋放對(duì)臨界資源(即隊(duì)列)的占用權(quán)。
因?yàn)樯a(chǎn)者如果不釋放對(duì)臨界資源的占用權(quán),那么消費(fèi)者就無法消費(fèi)隊(duì)列中的商品,就不會(huì)讓隊(duì)列有空間,那么生產(chǎn)者就會(huì)一直無限等待下去。
因此,一般情況下,當(dāng)隊(duì)列滿時(shí),會(huì)讓生產(chǎn)者交出對(duì)臨界資源的占用權(quán),并進(jìn)入掛起狀態(tài)。然后等待消費(fèi)者消費(fèi)了商品,然后消費(fèi)者通知生產(chǎn)者隊(duì)列有空間了。
同樣地,當(dāng)隊(duì)列空時(shí),消費(fèi)者也必須等待,等待生產(chǎn)者通知它隊(duì)列中有商品了。這種互相通信的過程就是線程間的協(xié)作。
今天我們就來探討一下Java中線程協(xié)作的最常見的兩種方式:利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition
一.wait()、notify()和notifyAll()
wait()、notify()和notifyAll()是Object類中的方法:
/** * Wakes up a single thread that is waiting on this object's * monitor. If any threads are waiting on this object, one of them * is chosen to be awakened. The choice is arbitrary and occurs at * the discretion of the implementation. A thread waits on an object's * monitor by calling one of the wait methods */ public final native void notify(); /** * Wakes up all threads that are waiting on this object's monitor. A * thread waits on an object's monitor by calling one of the * wait methods. */ public final native void notifyAll(); /** * Causes the current thread to wait until either another thread invokes the * {@link java.lang.Object#notify()} method or the * {@link java.lang.Object#notifyAll()} method for this object, or a * specified amount of time has elapsed. * <p> * The current thread must own this object's monitor. */ public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
從這三個(gè)方法的文字描述可以知道以下幾點(diǎn)信息:
1)wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,并且為final方法,無法被重寫。
2)調(diào)用某個(gè)對(duì)象的wait()方法能讓當(dāng)前線程阻塞,并且當(dāng)前線程必須擁有此對(duì)象的monitor(即鎖)
3)調(diào)用某個(gè)對(duì)象的notify()方法能夠喚醒一個(gè)正在等待這個(gè)對(duì)象的monitor的線程,如果有多個(gè)線程都在等待這個(gè)對(duì)象的monitor,則只能喚醒其中一個(gè)線程;
4)調(diào)用notifyAll()方法能夠喚醒所有正在等待這個(gè)對(duì)象的monitor的線程;
有朋友可能會(huì)有疑問:為何這三個(gè)不是Thread類聲明中的方法,而是Object類中聲明的方法(當(dāng)然由于Thread類繼承了Object類,所以Thread也可以調(diào)用者三個(gè)方法)?
其實(shí)這個(gè)問題很簡(jiǎn)單,由于每個(gè)對(duì)象都擁有monitor(即鎖),所以讓當(dāng)前線程等待某個(gè)對(duì)象的鎖,當(dāng)然應(yīng)該通過這個(gè)對(duì)象來操作了。
而不是用當(dāng)前線程來操作,因?yàn)楫?dāng)前線程可能會(huì)等待多個(gè)線程的鎖,如果通過線程來操作,就非常復(fù)雜了。
上面已經(jīng)提到,如果調(diào)用某個(gè)對(duì)象的wait()方法,當(dāng)前線程必須擁有這個(gè)對(duì)象的monitor(即鎖),因此調(diào)用wait()方法必須在同步塊或者同步方法中進(jìn)行(synchronized塊或者synchronized方法)。
調(diào)用某個(gè)對(duì)象的wait()方法,相當(dāng)于讓當(dāng)前線程交出此對(duì)象的monitor,然后進(jìn)入等待狀態(tài),等待后續(xù)再次獲得此對(duì)象的鎖(Thread類中的sleep方法使當(dāng)前線程暫停執(zhí)行一段時(shí)間,從而讓其他線程有機(jī)會(huì)繼續(xù)執(zhí)行,但它并不釋放對(duì)象鎖);
notify()方法能夠喚醒一個(gè)正在等待該對(duì)象的monitor的線程,當(dāng)有多個(gè)線程都在等待該對(duì)象的monitor的話,則只能喚醒其中一個(gè)線程,具體喚醒哪個(gè)線程則不得而知。
同樣地,調(diào)用某個(gè)對(duì)象的notify()方法,當(dāng)前線程也必須擁有這個(gè)對(duì)象的monitor,因此調(diào)用notify()方法必須在同步塊或者同步方法中進(jìn)行(synchronized塊或者synchronized方法)。
nofityAll()方法能夠喚醒所有正在等待該對(duì)象的monitor的線程,這一點(diǎn)與notify()方法是不同的。
這里要注意一點(diǎn):notify()和notifyAll()方法只是喚醒等待該對(duì)象的monitor的線程,并不決定哪個(gè)線程能夠獲取到monitor。
舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子:假如有三個(gè)線程Thread1、Thread2和Thread3都在等待對(duì)象objectA的monitor,此時(shí)Thread4擁有對(duì)象objectA的monitor,當(dāng)在Thread4中調(diào)用objectA.notify()方法之后,Thread1、Thread2和Thread3只有一個(gè)能被喚醒。
注意,被喚醒不等于立刻就獲取了objectA的monitor。假若在Thread4中調(diào)用objectA.notifyAll()方法,則Thread1、Thread2和Thread3三個(gè)線程都會(huì)被喚醒,至于哪個(gè)線程接下來能夠獲取到objectA的monitor就具體依賴于操作系統(tǒng)的調(diào)度了。
上面尤其要注意一點(diǎn),一個(gè)線程被喚醒不代表立即獲取了對(duì)象的monitor,只有等調(diào)用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized塊,釋放對(duì)象鎖后,其余線程才可獲得鎖執(zhí)行。
下面看一個(gè)例子就明白了:
public class Test { public static Object object = new Object(); public static void main(String[] args) { Thread1 thread1 = new Thread1(); Thread2 thread2 = new Thread2(); thread1.start(); try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } thread2.start(); } static class Thread1 extends Thread{ @Override public void run() { synchronized (object) { try { object.wait(); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"獲取到了鎖"); } } } static class Thread2 extends Thread{ @Override public void run() { synchronized (object) { object.notify(); System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"調(diào)用了object.notify()"); } System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"釋放了鎖"); } } }
無論運(yùn)行多少次,運(yùn)行結(jié)果必定是:
線程Thread-1調(diào)用了object.notify()
線程Thread-1釋放了鎖
線程Thread-0獲取到了鎖
二.Condition
Condition是在java 1.5中才出現(xiàn)的,它用來替代傳統(tǒng)的Object的wait()、notify()實(shí)現(xiàn)線程間的協(xié)作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition1的await()、signal()這種方式實(shí)現(xiàn)線程間協(xié)作更加安全和高效。因此通常來說比較推薦使用Condition,在阻塞隊(duì)列那一篇博文中就講述到了,阻塞隊(duì)列實(shí)際上是使用了Condition來模擬線程間協(xié)作。
- Condition是個(gè)接口,基本的方法就是await()和signal()方法;
- Condition依賴于Lock接口,生成一個(gè)Condition的基本代碼是lock.newCondition()
- 調(diào)用Condition的await()和signal()方法,都必須在lock保護(hù)之內(nèi),就是說必須在lock.lock()和lock.unlock之間才可以使用
Conditon中的await()對(duì)應(yīng)Object的wait();
Condition中的signal()對(duì)應(yīng)Object的notify();
Condition中的signalAll()對(duì)應(yīng)Object的notifyAll()。
三.生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型的實(shí)現(xiàn)
1.使用Object的wait()和notify()實(shí)現(xiàn):
public class Test { private int queueSize = 10; private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize); public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); Producer producer = test.new Producer(); Consumer consumer = test.new Consumer(); producer.start(); consumer.start(); } class Consumer extends Thread{ @Override public void run() { consume(); } private void consume() { while(true){ synchronized (queue) { while(queue.size() == 0){ try { System.out.println("隊(duì)列空,等待數(shù)據(jù)"); queue.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); queue.notify(); } } queue.poll(); //每次移走隊(duì)首元素 queue.notify(); System.out.println("從隊(duì)列取走一個(gè)元素,隊(duì)列剩余"+queue.size()+"個(gè)元素"); } } } } class Producer extends Thread{ @Override public void run() { produce(); } private void produce() { while(true){ synchronized (queue) { while(queue.size() == queueSize){ try { System.out.println("隊(duì)列滿,等待有空余空間"); queue.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); queue.notify(); } } queue.offer(1); //每次插入一個(gè)元素 queue.notify(); System.out.println("向隊(duì)列取中插入一個(gè)元素,隊(duì)列剩余空間:"+(queueSize-queue.size())); } } } } }
2.使用Condition實(shí)現(xiàn)
public class Test { private int queueSize = 10; private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize); private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition notFull = lock.newCondition(); private Condition notEmpty = lock.newCondition(); public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); Producer producer = test.new Producer(); Consumer consumer = test.new Consumer(); producer.start(); consumer.start(); } class Consumer extends Thread{ @Override public void run() { consume(); } private void consume() { while(true){ lock.lock(); try { while(queue.size() == 0){ try { System.out.println("隊(duì)列空,等待數(shù)據(jù)"); notEmpty.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } queue.poll(); //每次移走隊(duì)首元素 notFull.signal(); System.out.println("從隊(duì)列取走一個(gè)元素,隊(duì)列剩余"+queue.size()+"個(gè)元素"); } finally{ lock.unlock(); } } } } class Producer extends Thread{ @Override public void run() { produce(); } private void produce() { while(true){ lock.lock(); try { while(queue.size() == queueSize){ try { System.out.println("隊(duì)列滿,等待有空余空間"); notFull.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } queue.offer(1); //每次插入一個(gè)元素 notEmpty.signal(); System.out.println("向隊(duì)列取中插入一個(gè)元素,隊(duì)列剩余空間:"+(queueSize-queue.size())); } finally{ lock.unlock(); } } } } }
到此這篇關(guān)于關(guān)于Java并發(fā)編程中線程間協(xié)作的兩種方式的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java并發(fā)編程線程間協(xié)作內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
相關(guān)文章
IDEA創(chuàng)建Servlet并配置web.xml的實(shí)現(xiàn)
這篇文章主要介紹了IDEA創(chuàng)建Servlet并配置web.xml的實(shí)現(xiàn),文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2020-10-10Springboot Logback日志多文件輸出方式(按日期和大小分割)
這篇文章主要介紹了Springboot Logback日志多文件輸出方式(按日期和大小分割),具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助,如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2024-05-05SpringBoot解決406錯(cuò)誤之返回對(duì)象缺少Getter/Setter方法引發(fā)的問題
在Spring Boot開發(fā)中,接口請(qǐng)求返回?cái)?shù)據(jù)是系統(tǒng)交互的重要環(huán)節(jié),然而,開發(fā)過程中常常會(huì)遇到由于數(shù)據(jù)類型或返回格式問題導(dǎo)致的錯(cuò)誤,其中最常見的就是406 Not Acceptable異常,本篇文章以實(shí)際的案例出發(fā),詳細(xì)分析在POST請(qǐng)求中產(chǎn)生406錯(cuò)誤的原因2024-11-11java自定義異常以及throw和throws關(guān)鍵字用法
這篇文章主要介紹了java自定義異常以及throw和throws關(guān)鍵字用法,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧2021-02-02Java加載properties文件實(shí)現(xiàn)方式詳解
這篇文章主要介紹了Java加載properties文件實(shí)現(xiàn)方式詳解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下2020-07-07RocketMQ4.5.2 修改mqnamesrv 和 mqbroker的日志路徑操作
這篇文章主要介紹了RocketMQ 4.5.2 修改mqnamesrv 和 mqbroker的日志路徑操作,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2021-07-07Springboot如何實(shí)現(xiàn)Web系統(tǒng)License授權(quán)認(rèn)證
這篇文章主要介紹了Springboot如何實(shí)現(xiàn)Web系統(tǒng)License授權(quán)認(rèn)證,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下2020-05-05