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线程间的交互

分类: IT文章 • 2023-11-25 10:46:37

线程之间的交互有以下几种选择：

  1. synchronized，object.wait()，object.notify()
  2. lock，condition.await()，condition.signal()

synchronized，object.wait()，object.notify()

object.wait()是将当前线程置为等待状态，等待其他线程调用object.notify()或object.notifyAll()将其唤醒。

object.wait()，object.notify()，notifyAll()，wait(long)，wait(long, int)等方法在用时必须保证调用主体被synchronized锁定中，否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException。比如：

synchronized(value){
	value.notifyAll();
}

public synchronized void method(){
	this.notifyAll();
}

public static synchronized void staticMethod() {
    MyClass.class.notifyAll();
}

wait()存在的问题：方法注释上说：可能出现中断和虚假唤醒问题，这个方法应该始终被用在循环中。

As in the one argument version, interrupts and spurious wakeups are possible, and this method should always be used in a loop:

	synchronized (obj) {
        while (<condition does not hold>)
            obj.wait();
        ... // Perform action appropriate to condition
    }

class CakeProducer{
    private int cakeCount = 0;

    /**
     * 在蛋糕没消费之前不生产。
     */
    public synchronized void produce() {
        if(cakeCount != 0){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        cakeCount++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" #####produce 	"+cakeCount);
        this.notifyAll();
    }

    /**
     * 在蛋糕没生产之前不消费。
     */
    public synchronized void consume(){
        if(cakeCount != 1){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        cakeCount--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" consume 	"+cakeCount);
        this.notifyAll();
    }
}

捋一下上面这串代码的逻辑：线程a、b负责循环生产，线程c负责循环消费。

  1. a=>加锁，cakeCount为0，生产，cakeCount+1，notifyAll，循环第2遍，cakeCount为1，wait，解锁，停在第10行代码

    b=>等待a的锁=>加锁，cakeCount为1，wait，解锁，停在第10行代码

    c=>等待a的锁=>等待b的锁=>加锁，cakeCount为1，消费，cakeCount-1，notifyAll，循环第2遍，cakeCount为0，wait，解锁，停在第26行代码

  2. a和b争抢锁，假设a先获得锁

    a=>加锁，从第10行代码继续，生产，cakeCount+1，notifyAll，循环第3遍，cakeCount为1，wait，解锁，停在第10行代码

    b=>等待a的锁=>加锁，从第10行代码继续，生产，cakeCount+1，notifyAll，循环第2遍，cakeCount为2，wait，解锁，停在第10行代码

    c=>等待a的锁=>等待b的锁=>加锁，从第26行代码继续，消费，cakeCount-1，notifyAll，循环第3遍，cakeCount为1，消费，cakeCount-1，notifyAll，循环第4遍，cakeCount为0，wait，解锁，停在第26行代码

  3. ……

我们想要的结果是一次生产一个蛋糕，但上面的代码出现了连续生产两个蛋糕的情况，此时按照注释说明，用while替换if就会就解决问题。不信再捋一下。

lock，condition.await()，condition.signal()

这种方式比第一种更灵活一些。

引用Condition 接口的注释:

Condition factors out the Object monitor methods (wait, notify and notifyAll) into distinct objects to give the effect of having multiple wait-sets per object, by combining them with the use of arbitrary Lock implementations. Where a Lock replaces the use of synchronized methods and statements, a Condition replaces the use of the Object monitor methods.

Condition将Object监视器方法（ wait 、 notify和notifyAll ）分解为不同的对象，通过将它们与任意Lock实例相结合的方法使用，产生每个对象具有多个等待集的效果。 Lock代替了synchronized方法和语句的使用，而Condition代替了对象监视器方法的使用。

说人话就是，用Lock代替synchronized加锁时，需要使用condition来代替wait()，notify()等方法。与wait()和notify()不同的是，condition可以给加锁的对象添加多个条件。当被加锁的对象相同时，notifyAll会唤醒所有wait的线程，notify也只是会随机唤醒一个线程。对于condition，当被加锁的对象相同时，可以有因为不满足condition1而await的线程，也有不满足condition2而await的线程……当condition1满足时，可以只唤醒因为condition1而等待的线程，其他线程仍然等待。

接口注释中提供的示例：

一个带边界的缓存，当缓存满的时候，put就置为等待状态，直到有可用空间，当缓存为空时，take就置为等待状态，直到缓存中有可用数据。

这里用了两个条件分别来限制put线程和take线程。

class BoundedBuffer {
    final Lock lock = new ReentrantLock();
    final Condition notFull  = lock.newCondition(); 
    //当缓存非空条件满足时，唤醒take线程，不满足时使take线程等待。
    final Condition notEmpty = lock.newCondition(); 

    final Object[] items = new Object[100];
    int putptr, takeptr, count;

    public void put(Object x) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            //校验缓存是否已满
            while (count == items.length)
                //是，则不满足notFull条件，则通过此condition将线程置为等待状态
                notFull.await();
            items[putptr] = x;
            if (++putptr == items.length) putptr = 0;
            ++count;
            //写入数据后，缓存不为空，则唤醒因为缓存为空而等待的读取线程
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public Object take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            //校验缓存是否为空
            while (count == 0)
                //是，则不满足notEmpty条件，则通过此condition将线程置为等待状态
                notEmpty.await();
            Object x = items[takeptr];
            if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
            --count;
            //读取数据后，缓存未满，则唤醒因为缓存已满而等待的写入线程
            notFull.signal();
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

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