Java多线程编程
什么是等待通知机制
在单线程编程中,要执行的操作需要满足一定的条件才能执行,可以把这个操作放在if语句块中。
在多线程编程中,可能A线程的条件没有满足只是暂时的, 稍后其他的线程B可能会更新条件使得A线程的条件得到满足. 可以将A线程暂停,直到它的条件得到满足后再将A线程唤醒.它的伪代码：
atomics{ //原子操作
while( 条件不成立 ){
等待
}
当前线程被唤醒条件满足后,继续执行下面的操作
}
等待/通知机制的实现
Object类中的wait()方法可以使执行当前代码的线程等待,暂停执行,直到接到通知或被中断为止。
注意:
● wait()方法只能 在同步代码块中由锁对象调用。
● 调用wait()方法,当前线程会释放锁。
其伪代码如下:
//在调用wait()方法前获得对象的内部锁
synchronized( 锁对象 ){
while( 条件不成立 ){
//通过锁对象调用 wait()方法暂停线程,会释放锁对象
锁对象.wait();
}
//线程的条件满足了继续向下执行
}
Object类的notify()可以唤醒线程,该方法也必须在同步代码块中由锁对象调用. 没有使用锁对象调用 wait()/notify()会抛出IlegalMonitorStateExeption异常. 如果有多个等待的线程,notify()方法只能唤醒其中的一个. 在同步代码块中调用notify()方法后,并不会立即释放锁对象,需要等当前同步代码块执行完后才会释放锁对象,一般将notify()方法放在同步代码块的最后. 它的伪代码如下:
synchronized( 锁对象 ){
//执行修改保护条件 的代码
//唤醒其他线程
锁对象.notify();
}
package com.wkcto.wait;
/**
* 需要通过notify()唤醒等待的线程
* 北京极悦老崔
*/
public class Test03 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
String lock = "wkcto"; //定义一个字符串作为锁对象
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (lock) {
System.out.println("线程1开始等待: " + System.currentTimeMillis());
try {
lock.wait(); //线程等待,会释放锁对象,当前线程转入blocked阻塞状态
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程1结束等待:" + System.currentTimeMillis());
}
}
});
//定义第二个线程,在第二个线程中唤醒第一个线程
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//notify()方法也需要在同步代码块中,由锁对象调用
synchronized (lock){
System.out.println("线程2开始唤醒 : " + System.currentTimeMillis());
lock.notify(); //唤醒在lock锁对象上等待的某一个线程
System.out.println("线程2结束唤醒 : " + System.currentTimeMillis());
}
}
});
t1.start(); //开启t1线程,t1线程等待
Thread.sleep(3000); //main线程睡眠3秒,确保t1入睡
t2.start(); //t1线程开启3秒后,再开启t2线程唤醒t1线程
}
}
notify()方法后不会立即释放锁对象
package com.wkcto.wait;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* notify()不会立即释放锁对象
* 北京极悦老崔
*/
public class Test04 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//定义一个List集合存储String数据
List<String> list = new ArrayList<>();
//定义第一个线程,当list集合中元素的数量不等于5时线程等待
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (list){
if ( list.size() != 5 ){
System.out.println("线程1开始等待: " + System.currentTimeMillis());
try {
list.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程1被唤醒:" + System.currentTimeMillis());
}
}
}
});
//定义第二个线程,向list集合中添加元素
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (list){
for (int i = 0; i < 10; i++) {
list.add("data--" + i);
System.out.println("线程2添加了第" + (i+1) + "个数据");
//判断元素的数量是否满足唤醒线程1
if (list.size() == 5 ){
list.notify(); //唤醒 线程, 不会立即释放锁对象,需要等到当前同步代码块都执行完后才能释放锁对象
System.out.println("线程2已经发现唤醒通知");
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
});
t1.start();
//为了确保t2在t1之后开启,即让t1线程先睡眠
Thread.sleep(500);
t2.start();
}
}
当线程处于wait()等待状态时, 调用线程对象的interrupt()方法会中断线程的等待状态, 会产生InterruptedException异常。
package com.wkcto.wait;
/**
* Interrupt()会中断线程的wait()等待
* 北京极悦老崔
*/
public class Test05 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SubThread t = new SubThread();
t.start();
Thread.sleep(2000); //主线程睡眠2秒, 确保子线程处于Wait等待状态
t.interrupt();
}
private static final Object LOCK = new Object(); //定义常量作为锁对象
static class SubThread extends Thread{
@Override
public void run() {
synchronized (LOCK){
try {
System.out.println("begin wait...");
LOCK.wait();
System.out.println("end wait..");
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("wait等待被中断了****");
}
}
}
}
}
notify()与notifyAll()
notify()一次只能唤醒一个线程,如果有多个等待的线程,只能随机唤醒其中的某一个; 想要唤醒所有等待线程,需要调用notifyAll()。
package com.wkcto.wait;
/**
* notify()与notifyAll()
* 北京极悦老崔
*/
public class Test06 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object lock = new Object(); //定义一个对象作为子线程的锁对象
SubThread t1 = new SubThread(lock);
SubThread t2 = new SubThread(lock);
SubThread t3 = new SubThread(lock);
t1.setName("t1");
t2.setName("t2");
t3.setName("t3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
Thread.sleep(2000);
//调用notify()唤醒 子线程
synchronized (lock){
// lock.notify(); //调用一次notify()只能唤醒其中的一个线程,其他等待的线程依然处于等待状态,对于处于等待状态的线程来说,错过了通知信号,这种现象也称为信号丢失
lock.notifyAll(); //唤醒所有的线程
}
}
static class SubThread extends Thread{
private Object lock; //定义实例变量作为锁对象
public SubThread(Object lock) {
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
synchronized (lock){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -- begin wait...");
lock.wait();
System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " -- end wait...");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
wait(long)的使用
wait(long)带有long类型参数的wait()等待,如果在参数指定的时间内没有被唤醒,超时后会自动唤醒。
package com.wkcto.wait;
/**
* wait(long)
* 北京极悦老崔
*/
public class Test07 {
public static void main(String[] args) {
final Object obj = new Object();
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized ( obj ){
try {
System.out.println("thread begin wait");
obj.wait(5000); //如果5000毫秒内没有被唤醒 ,会自动唤醒
System.out.println("end wait....");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
t.start();
}
}
通知过早
线程wait()等待后,可以调用notify()唤醒线程, 如果notify()唤醒的过早,在等待之前就调用了notify()可能会打乱程序正常的运行逻辑。
package com.wkcto.wait;
/**
* notify()通知过早
* 北京极悦老崔
*/
public class Test08 {
public static void main(String[] args) {
final Object Lock = new Object(); //定义对象作为锁对象
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (Lock){
try {
System.out.println("begin wait");
Lock.wait();
System.out.println("wait end...");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (Lock){
System.out.println("begin notify");
Lock.notify();;
System.out.println("end nofity");
}
}
});
//如果先开启t1,再开启t2线程,大多数情况下, t1先等待,t1再把t1唤醒
// t1.start();
// t2.start();
//如果先开启t2通知线程,再开启t1等待线程,可能会出现t1线程等待没有收到通知的情况,
t2.start();
t1.start();
}
}
package com.wkcto.wait;
/**
* notify()通知过早, 就不让线程等待了
* 北京极悦老崔
*/
public class Test09 {
static boolean isFirst = true; //定义静态变量作为是否第一个运行的线程标志
public static void main(String[] args) {
final Object Lock = new Object(); //定义对象作为锁对象
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (Lock){
while ( isFirst ) { //当线程是第一个开启的线程就等待
try {
System.out.println("begin wait");
Lock.wait();
System.out.println("wait end...");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (Lock){
System.out.println("begin notify");
Lock.notify();;
System.out.println("end nofity");
isFirst = false; //通知后,就把第一个线程标志修改为false
}
}
});
//如果先开启t1,再开启t2线程,大多数情况下, t1先等待,t1再把t1唤醒
// t1.start();
// t2.start();
//如果先开启t2通知线程,再开启t1等待线程,可能会出现t1线程等待没有收到通知的情况,
t2.start();
t1.start();
//实际上,调用start()就是告诉线程调度器,当前线程准备就绪,线程调度器在什么时候开启这个线程不确定,即调用start()方法的顺序,并不一定就是线程实际开启的顺序.
//在当前示例中,t1等待后让t2线程唤醒 , 如果t2线程先唤醒了,就不让t1线程等待了
}
}
在使用wait/nofity模式时,注意wait条件发生了变化,也可能会造成逻辑的混乱。
package com.wkcto.wait;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* wait条件发生变化
* 定义一个集合
* 定义一个线程向集合中添加数据,添加完数据后通知另外的线程从集合中取数据
* 定义一个线程从集合中取数据,如果集合中没有数据就等待
* 北京极悦老崔
*/
public class Test10 {
public static void main(String[] args) {
//定义添加数据的线程对象
ThreadAdd threadAdd = new ThreadAdd();
//定义取数据的线程对象
ThreadSubtract threadSubtract = new ThreadSubtract();
threadSubtract.setName("subtract 1 ");
//测试一: 先开启添加数据的线程,再开启一个取数据的线程,大多数情况下会正常取数据
// threadAdd.start();
// threadSubtract.start();
//测试二: 先开启取数据的线程,再开启添加数据的线程, 取数据的线程会先等待,等到添加数据之后 ,再取数据
// threadSubtract.start();
// threadAdd.start();
//测试三: 开启两个 取数据的线程,再开启添加数据的线程
ThreadSubtract threadSubtract2 = new ThreadSubtract();
threadSubtract2.setName("subtract 2 ");
threadSubtract.start();
threadSubtract2.start();
threadAdd.start();
/*
某一次执行结果如下:
subtract 1 begin wait....
subtract 2 从集合中取了data后,集合中数据的数量:0
subtract 1 end wait..
Exception in thread "subtract 1 " java.lang.IndexOutOfBoundsException:
分析可能的执行顺序:
threadSubtract线程先启动, 取数据时,集合中没有数据,wait()等待
threadAdd线程获得CPU执行权, 添加数据 , 把threadSubtract线程唤醒,
threadSubtract2线程开启后获得CPU执行权, 正常取数据
threadSubtract线程获得CPU执行权, 打印 end wait..., 然后再执行list.remove(0)取数据时,现在list集合中已经没有数据了, 这时会产生java.lang.IndexOutOfBoundsException异常
出现异常的原因是: 向list集合中添加了一个数据,remove()了两次
如何解决?
当等待的线程被唤醒后, 再判断一次集合中是否有数据可取. 即需要把sutract()方法中的if判断改为while
*/
}
//1)定义List集合
static List list = new ArrayList<>();
//2)定义方法从集合中取数据
public static void subtract(){
synchronized (list) {
// if (list.size() == 0) {
while (list.size() == 0) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " begin wait....");
list.wait(); //等待
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " end wait..");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
Object data = list.remove(0); //从集合中取出一个数据
System.out.println( Thread.currentThread().getName() + "从集合中取了" + data + "后,集合中数据的数量:" + list.size());
}
}
//3)定义方法向集合中添加数据后,通知等待的线程取数据
public static void add(){
synchronized (list){
list.add("data");
System.out.println( Thread.currentThread().getName() + "存储了一个数据");
list.notifyAll();
}
}
//4)定义线程类调用add()取数据的方法
static class ThreadAdd extends Thread{
@Override
public void run() {
add();
}
}
//定义线程类调用subtract()方法
static class ThreadSubtract extends Thread{
@Override
public void run() {
subtract();
}
}
}
