Java 之 线程 —线程通信（ 等待唤醒机制）

一、线程间通信

　　概念：多个线程在处理同一资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。

　　例如：

　　　　线程 A 用来生成包子的，线程 B 用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程 A 与线程 B 处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程 A 与线程 B 之间就存在线程通信问题。

　　

　　为什么要处理线程间通信：

　　多个线程并发执行，在默认情况下 CPU 是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成同一件任务，并且希望它们有规律的执行，那么多线程之间需要一些协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。

　　如何保证线程间通信有效利用资源：

　　多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。就是多个线程在操作同一份数据时，避免对统一共享变量的争夺。

　　这时需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源，这种手段称为——等待唤醒机制。

二、等待唤醒机制

　　什么是等待唤醒机制

　　　　这是多个线程间的一种协作机制。线程之间常见的就是线程间的竞争（race），但是线程之间也会有协作机制。好比同一公司员工，存在晋升的时候，也有一起合作的时候。

　　　　当一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait），等待其他线程执行完他们的指定代码后，再将其唤醒（notify）；在有多个线程进行等待时，如果需要，使用 notifyAll() 来唤醒所有的等待线程。

　　　　wait / notify 就是线程间的一种协作机制。 

　　等待唤醒中的方法

　　　　等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题，使用到的3个方法如下：

　　　　1. wait 

　　　　　　线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 waiting。该线程要等着别的线程执行一个特别的动作，即 “通知（notify）” 在这个对象上等待的线程从 wait set 中释放出来，重写进入到调度队列（ready queue）中。

　　　　2. notify

　　　　　　则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如：餐馆有空位置后，等待就餐最久的顾客先入座。

　　　　3. notifyAll

　　　　　　则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

　　　　注意：

　　　　　　哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不支持有锁，所有它需要再次尝试去获取锁（很可能面临其他线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。

　　　　小结：

• • • 　如果能获取锁，线程就从 waiting 状态变成 Runnable 状态
    • 没有获取锁，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 waiting 状态又变成 blocked 状态。

　　调用 wait 和 notify 方法需要注意的细节

　　　　1. wait 方法与 notify 方法必须要由同一个锁对象调用。

　　　　　　因为：对应的锁对象可以通过 notify 唤醒使用同一个锁对象调用的 wait 方法后的线程。

　　　　2. wait 方法与 notify 方法属于 Object 类的方法。

　　　　　　因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承 Object 类的。

　　　　3. wait 方法与 notify 方法必须在同步代码块或者是同步方法中使用。

　　　　　　因为：必须要通过锁对象调用这两个方法。

　　扩展：wait() 与 sleep() 的区别？

（1）wait() 释放锁，sleep() 不释放锁

（2）wait()是 Object 类中声明的，sleep() 是Thread 类中声明的

（3）wait() 必须有“锁，监视器”对象来调用，如果由别的对象调用会报IllegleMoniterStateException

         sleep()是静态方法，Thread类名调用就可以

（4）wait()使得当前线程进入阻塞状态后，由notify唤醒

          sleep()使得当前线程进入阻塞状态后，时间到或被interrupt()醒来。

三、生产者与消费者问题

　　等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

　　下面拿生产包子消费包子来描述等待唤醒机制如何有效利用资源：

 包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子
 （即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。
 接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包
 子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取
 决于锁的获取情况。

　　代码演示：

　　包子资源类：

 public class BaoZi {
     //皮
     String pi;
     //陷
     String xian;
     //包子的状态: 有 true,没有 false,设置初始值为false没有包子
     boolean flag = false;

 }

　　生产包子线程类：

 public class BaoZiPu extends Thread{
     //1.需要在成员位置创建一个包子变量
     private BaoZi bz;

     //2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值
     public BaoZiPu(BaoZi bz) {
         this.bz = bz;
     }

     //设置线程任务(run):生产包子
     @Override
     public void run() {
         //定义一个变量
         int count = 0;
         //让包子铺一直生产包子
         while(true){
             //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
             synchronized (bz){
                 //对包子的状态进行判断
                 if(bz.flag==true){
                     //包子铺调用wait方法进入等待状态
                     try {
                         bz.wait();
                     } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                     }
                 }

                 //被唤醒之后执行,包子铺生产包子
                 //增加一些趣味性:交替生产两种包子
                 if(count%2==0){
                     //生产 薄皮三鲜馅包子
                     bz.pi = "薄皮";
                     bz.xian = "三鲜馅";
                 }else{
                     //生产 冰皮 牛肉大葱陷
                     bz.pi = "冰皮";
                     bz.xian = "牛肉大葱陷";

                 }
                 count++;
                 System.out.println("包子铺正在生产:"+bz.pi+bz.xian+"包子");
                 //生产包子需要3秒钟
                 try {
                     Thread.sleep(3000);
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 //包子铺生产好了包子
                 //修改包子的状态为true有
                 bz.flag = true;
                 //唤醒消费者线程,让顾客线程吃包子
                 bz.notify();
                 System.out.println("包子铺已经生产好了:"+bz.pi+bz.xian+"包子,吃货可以开始吃了");
             }
         }
     }
 }

　　消费者线程：

 public class ChiHuo extends Thread{
     //1.需要在成员位置创建一个包子变量
     private BaoZi bz;

     //2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值
     public ChiHuo(BaoZi bz) {
         this.bz = bz;
     }
     //设置线程任务(run):吃包子
     @Override
     public void run() {
         //使用死循环,让吃货一直吃包子
         while (true){
             //必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
             synchronized (bz){
                 //对包子的状态进行判断
                 if(bz.flag==false){
                     //吃货调用wait方法进入等待状态
                     try {
                         bz.wait();
                     } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                     }
                 }

                 //被唤醒之后执行的代码,吃包子
                 System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"的包子");
                 //吃货吃完包子
                 //修改包子的状态为false没有
                 bz.flag = false;
                 //吃货唤醒包子铺线程,生产包子
                 bz.notify();
                 System.out.println("吃货已经把:"+bz.pi+bz.xian+"的包子吃完了,包子铺开始生产包子");
                 System.out.println("----------------------------------------------------");
             }
         }
     }
 }

　　测试类：

 public class Demo {
     public static void main(String[] args) {
         //创建包子对象;
         BaoZi bz =new BaoZi();
         //创建包子铺线程,开启,生产包子;
         new BaoZiPu(bz).start();
         //创建吃货线程,开启,吃包子;
         new ChiHuo(bz).start();
     }
 }