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wait, notify 和 notifyAll，這些在多線程中被經(jīng)常用到的保留關(guān)鍵字，在實際開發(fā)的時候很多時候卻并沒有被大家重視。本文對這些關(guān)鍵字的使用進行了描述。
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在 Java 中可以用 wait、notify 和 notifyAll 來實現(xiàn)線程間的通信。舉個例子，如果你的Java程序中有兩個線程——即生產(chǎn)者和消費者，那么生產(chǎn)者可以通知消費者，讓消費者開始消耗數(shù)據(jù)，因為隊列緩 沖區(qū)中有內(nèi)容待消費（不為空）。相應(yīng)的，消費者可以通知生產(chǎn)者可以開始生成更多的數(shù)據(jù)，因為當它消耗掉某些數(shù)據(jù)后緩沖區(qū)不再為滿。
我們可以利用wait()來讓一個線程在某些條件下暫停運行。例如，在生產(chǎn)者消費者模型中，生產(chǎn)者線程在緩沖區(qū)為滿的時候，消費者在緩沖區(qū)為空的時 候，都應(yīng)該暫停運行。如果某些線程在等待某些條件觸發(fā)，那當那些條件為真時，你可以用 notify 和 notifyAll 來通知那些等待中的線程重新開始運行。不同之處在于，notify 僅僅通知一個線程，并且我們不知道哪個線程會收到通知，然而 notifyAll 會通知所有等待中的線程。換言之，如果只有一個線程在等待一個信號燈，notify和notifyAll都會通知到這個線程。但如果多個線程在等待這個信 號燈，那么notify只會通知到其中一個，而其它線程并不會收到任何通知，而notifyAll會喚醒所有等待中的線程。
在這篇文章中你將會學(xué)到如何使用 wait、notify 和 notifyAll 來實現(xiàn)線程間的通信，從而解決生產(chǎn)者消費者問題。如果你想要更深入地學(xué)習(xí)Java中的多線程同步問題，我強烈推薦閱讀Brian Goetz所著的《Java Concurrency in Practice | Java 并發(fā)實踐》，不讀這本書你的 Java 多線程征程就不完整哦！這是我最向Java開發(fā)者推薦的書之一。
如何使用Wait
盡管關(guān)于wait和notify的概念很基礎(chǔ)，它們也都是Object類的函數(shù)，但用它們來寫代碼卻并不簡單。如果你在面試中讓應(yīng)聘者來手寫代碼， 用wait和notify解決生產(chǎn)者消費者問題，我?guī)缀蹩梢钥隙ㄋ麄冎械拇蠖鄶?shù)都會無所適從或者犯下一些錯誤，例如在錯誤的地方使用 synchronized 關(guān)鍵詞，沒有對正確的對象使用wait，或者沒有遵循規(guī)范的代碼方法。說實話，這個問題對于不常使用它們的程序員來說確實令人感覺比較頭疼。
***個問題就是，我們怎么在代碼里使用wait()呢？因為wait()并不是Thread類下的函數(shù)，我們并不能使用 Thread.call()。事實上很多Java程序員都喜歡這么寫，因為它們習(xí)慣了使用Thread.sleep()，所以他們會試圖使用wait() 來達成相同的目的，但很快他們就會發(fā)現(xiàn)這并不能順利解決問題。正確的方法是對在多線程間共享的那個Object來使用wait。在生產(chǎn)者消費者問題中，這 個共享的Object就是那個緩沖區(qū)隊列。
第二個問題是，既然我們應(yīng)該在synchronized的函數(shù)或是對象里調(diào)用wait，那哪個對象應(yīng)該被synchronized呢？答案是，那個 你希望上鎖的對象就應(yīng)該被synchronized，即那個在多個線程間被共享的對象。在生產(chǎn)者消費者問題中，應(yīng)該被synchronized的就是那個 緩沖區(qū)隊列。（我覺得這里是英文原文有問題……本來那個句末就不應(yīng)該是問號不然不太通……）
永遠在循環(huán)（loop）里調(diào)用 wait 和 notify，不是在 If 語句
現(xiàn)在你知道wait應(yīng)該永遠在被synchronized的背景下和那個被多線程共享的對象上調(diào)用，下一個一定要記住的問題就是，你應(yīng)該永遠在 while循環(huán)，而不是if語句中調(diào)用wait。因為線程是在某些條件下等待的——在我們的例子里，即“如果緩沖區(qū)隊列是滿的話，那么生產(chǎn)者線程應(yīng)該等 待”，你可能直覺就會寫一個if語句。但if語句存在一些微妙的小問題，導(dǎo)致即使條件沒被滿足，你的線程你也有可能被錯誤地喚醒。所以如果你不在線程被喚 醒后再次使用while循環(huán)檢查喚醒條件是否被滿足，你的程序就有可能會出錯——例如在緩沖區(qū)為滿的時候生產(chǎn)者繼續(xù)生成數(shù)據(jù)，或者緩沖區(qū)為空的時候消費者 開始小號數(shù)據(jù)。所以記住，永遠在while循環(huán)而不是if語句中使用wait！我會推薦閱讀《Effective Java》，這是關(guān)于如何正確使用wait和notify的***的參考資料。
基于以上認知，下面這個是使用wait和notify函數(shù)的規(guī)范代碼模板：
- // The standard idiom for calling the wait method in Java
- synchronized (sharedObject) {
- while (condition) {
- sharedObject.wait();
- // (Releases lock, and reacquires on wakeup)
- }
- // do action based upon condition e.g. take or put into queue
- }
就像我之前說的一樣，在while循環(huán)里使用wait的目的，是在線程被喚醒的前后都持續(xù)檢查條件是否被滿足。如果條件并未改變，wait被調(diào)用之前notify的喚醒通知就來了，那么這個線程并不能保證被喚醒，有可能會導(dǎo)致死鎖問題。
Java wait(), notify(), notifyAll() 范例
下面我們提供一個使用wait和notify的范例程序。在這個程序里，我們使用了上文所述的一些代碼規(guī)范。我們有兩個線程，分別名為 PRODUCER（生產(chǎn)者）和CONSUMER（消費者），他們分別繼承了了Producer和Consumer類，而Producer和 Consumer都繼承了Thread類。Producer和Consumer想要實現(xiàn)的代碼邏輯都在run()函數(shù)內(nèi)。Main線程開始了生產(chǎn)者和消費 者線程，并聲明了一個LinkedList作為緩沖區(qū)隊列（在Java中，LinkedList實現(xiàn)了隊列的接口）。生產(chǎn)者在***循環(huán)中持續(xù)往 LinkedList里插入隨機整數(shù)直到LinkedList滿。我們在while(queue.size == maxSize)循環(huán)語句中檢查這個條件。請注意到我們在做這個檢查條件之前已經(jīng)在隊列對象上使用了synchronized關(guān)鍵詞，因而其它線程不能在 我們檢查條件時改變這個隊列。如果隊列滿了，那么PRODUCER線程會在CONSUMER線程消耗掉隊列里的任意一個整數(shù)，并用notify來通知 PRODUCER線程之前持續(xù)等待。在我們的例子中，wait和notify都是使用在同一個共享對象上的。
- import java.util.LinkedList;
- import java.util.Queue;
- import java.util.Random;
- /**
- * Simple Java program to demonstrate How to use wait, notify and notifyAll()
- * method in Java by solving producer consumer problem.
- *
- * @author Javin Paul
- */
- public class ProducerConsumerInJava {
- public static void main(String args[]) {
- System.out.println("How to use wait and notify method in Java");
- System.out.println("Solving Producer Consumper Problem");
- Queue<Integer> buffer = new LinkedList<>();
- int maxSize = 10;
- Thread producer = new Producer(buffer, maxSize, "PRODUCER");
- Thread consumer = new Consumer(buffer, maxSize, "CONSUMER");
- producer.start(); consumer.start(); }
- }
- /**
- * Producer Thread will keep producing values for Consumer
- * to consumer. It will use wait() method when Queue is full
- * and use notify() method to send notification to Consumer
- * Thread.
- *
- * @author WINDOWS 8
- *
- */
- class Producer extends Thread
- { private Queue<Integer> queue;
- private int maxSize;
- public Producer(Queue<Integer> queue, int maxSize, String name){
- super(name); this.queue = queue; this.maxSize = maxSize;
- }
- @Override public void run()
- {
- while (true)
- {
- synchronized (queue) {
- while (queue.size() == maxSize) {
- try {
- System.out .println("Queue is full, " + "Producer thread waiting for " + "consumer to take something from queue");
- queue.wait();
- } catch (Exception ex) {
- ex.printStackTrace(); }
- }
- Random random = new Random();
- int i = random.nextInt();
- System.out.println("Producing value : " + i); queue.add(i); queue.notifyAll();
- }
- }
- }
- }
- /**
- * Consumer Thread will consumer values form shared queue.
- * It will also use wait() method to wait if queue is
- * empty. It will also use notify method to send
- * notification to producer thread after consuming values
- * from queue.
- *
- * @author WINDOWS 8
- *
- */
- class Consumer extends Thread {
- private Queue<Integer> queue;
- private int maxSize;
- public Consumer(Queue<Integer> queue, int maxSize, String name){
- super(name);
- this.queue = queue;
- this.maxSize = maxSize;
- }
- @Override public void run() {
- while (true) {
- synchronized (queue) {
- while (queue.isEmpty()) {
- System.out.println("Queue is empty," + "Consumer thread is waiting" + " for producer thread to put something in queue");
- try {
- queue.wait();
- } catch (Exception ex) {
- ex.printStackTrace();
- }
- }
- System.out.println("Consuming value : " + queue.remove()); queue.notifyAll();
- }
- }
- }
- }
為了更好地理解這個程序，我建議你在debug模式里跑這個程序。一旦你在debug模式下啟動程序，它會停止在PRODUCER或者 CONSUMER線程上，取決于哪個線程占據(jù)了CPU。因為兩個線程都有wait()的條件，它們一定會停止，然后你就可以跑這個程序然后看發(fā)生什么了 （很有可能它就會輸出我們以上展示的內(nèi)容）。你也可以使用Eclipse里的Step into和Step over按鈕來更好地理解多線程間發(fā)生的事情。
本文重點：
1. 你可以使用wait和notify函數(shù)來實現(xiàn)線程間通信。你可以用它們來實現(xiàn)多線程（>3）之間的通信。
2. 永遠在synchronized的函數(shù)或?qū)ο罄锸褂脀ait、notify和notifyAll，不然Java虛擬機會生成 IllegalMonitorStateException。
3. 永遠在while循環(huán)里而不是if語句下使用wait。這樣，循環(huán)會在線程睡眠前后都檢查wait的條件，并在條件實際上并未改變的情況下處理喚醒通知。
4. 永遠在多線程間共享的對象（在生產(chǎn)者消費者模型里即緩沖區(qū)隊列）上使用wait。
5. 基于前文提及的理由，更傾向用 notifyAll()，而不是 notify()。
這是關(guān)于Java里如何使用wait, notify和notifyAll的所有重點啦。你應(yīng)該只在你知道自己要做什么的情況下使用這些函數(shù)，不然Java里還有很多其它的用來解決同步問題的方 案。例如，如果你想使用生產(chǎn)者消費者模型的話，你也可以使用BlockingQueue，它會幫你處理所有的線程安全問題和流程控制。如果你想要某一個線 程等待另一個線程做出反饋再繼續(xù)運行，你也可以使用CycliBarrier或者CountDownLatch。如果你只是想保護某一個資源的話，你也可 以使用Semaphore。
分享名稱：如何在Java中正確使用wait,notify和notifyAll
當前鏈接：http://m.5511xx.com/article/dhsegpd.html
