使用wait/notify实现线程间的通信

之前对Java多线程中的wait/notify机制理解都不是很清晰，最近看了一本技术书，通过里面的讲解再配上一些博客，终于算是对wait/notify有了进一步的理解。

下面就来说说我对这两个方法的认识：

都知道在Java中，我们可以通过继承Thread或者实现Runnable接口来实现多线程，这些线程会各自执行自己的任务，但是一个人的力量是有限的，一个线程的力量也是有限的，要想使系统各部分配合得更好，我们需要实现各个线程间的通信。要实现线程间的通信最好的方法就是使用wait/notify机制。

这里有两个新问题：

1. 什么是线程间的通信？
2. 如何使用wait/notify机制实现线程间的通信？

为了解决这两个问题，我们来看看下面这段代码：

public class ThreadA extends Thread{
    private MyList list;
    public ThreadA(MyList list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            list.add();
            System.out.println("第  "+i+" 此执行add操作");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyList list = new MyList();
        ThreadA a = new ThreadA(list);
        ThreadB b = new ThreadB(list);
        a.start();
        b.start();
    }
}

class ThreadB extends Thread{
    private MyList list;
    public ThreadB(MyList list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {

        while( true ) {
            if (list.size() == 3) {
                System.out.println("线程Thread检测到list中的长度变为3了，停止该线程");
                Thread.interrupted();
            }
        }
    }
}
class MyList{
    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
    public void add() {
        list.add("abc");
    }
    public int size() {
        return list.size();
    }
}

执行结果如下：

第 0 此执行add操作

第 1 此执行add操作

第 2 此执行add操作

线程Thread检测到list中的长度变为3了，停止该线程

第 3 此执行add操作

第 4 此执行add操作

在上面的例子中实现了两个线程，其中线程ThreadA的任务是向list中添加值，而线程ThreadB的任务是监听list中的数量，一旦list的长度达到了3，就通过interrupted方法停止该线程的监听操作。

在这里线程ThreadA与线程ThreadB就实现了通信，这个例子中的通信指的就是：线程ThreadA执行向list添加值的操作，而线程ThreadB通过不断的执行while监听来观察线程ThreadA的操作，从而做出自己相应的操作。可是这种通信方式有一个弊端，线程ThreadB需要不断的执行while循环来达到监听的目的，这样对CPU的资源会产生浪费。服务端的资源是非常宝贵的，所以就出现了wait/notify机制来解决这个问题。

我们看看使用wait/notify机制后，上面的线程间通信会变成什么样?

public class ThreadA extends Thread{
    private MyList list;
    public ThreadA(MyList list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized (list) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                list.add();
                System.out.println("第  "+i+" 此执行add操作");
                    try {
                        if (list.size() == 3)
                        list.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyList list = new MyList();
        ThreadA a = new ThreadA(list);
        ThreadB b = new ThreadB(list);
        a.start();
        b.start();
    }
}
class ThreadB extends Thread{
    private MyList list;
    public ThreadB(MyList list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized (list) {
            System.out.println("线程Thread检测到list中的长度变为3了，停止该线程");
            list.notify();
            System.out.println("notify方法调用结束");
        }
    }
}
class MyList{
    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
    public void add() {
        list.add("abc");
    }
    public int size() {
        return list.size();
    }
}

执行结果如下：

第 0 此执行add操作

第 1 此执行add操作

第 2 此执行add操作

线程Thread检测到list中的长度变为3了，停止该线程

notify方法调用结束

第 3 此执行add操作

第 4 此执行add操作

上面是使用了wait/notify机制后的代码实现，两种方式的执行结果相同。但是代码的实现方式却大有不同，可以看到线程ThreadB里没有了while循环，说明在该线程里不用一直监听list中的值了，所以资源浪费的问题得到了解决，这其中的原理是什么呢？

首先需要注意的一点是，wait/notify方法必须存在于同步代码块里，因为这两个方法需要由锁对象去调用，在上面的例子中锁对象是list，调用wait与notify的方法都是同一个锁对象，具体用意在下面再讲。

然后我们来仔细说说代码的执行流程，首先我们先启动的是a线程，a线程拿到锁对象list，进入该线程run方法中的同步代码块，执行for循环，for循环中一直执行add添加操作，并进行if判断，当执行到第三次的时候进入if判断，执行list.wait()，当执行完这一句代码，当前线程立即释放list锁对象，由于此时，b线程也在等待同一把锁对象，所以该线程的拿到锁对象后执行对应的同步代码块内的内容。

当执行完list.notify()后，线程b会唤醒线程a，使其处于runnable状态，一旦抢到锁对象后立即接着list.wait()后的代码执行，与list.wait()不同的是，线程b在执行完list.notify()后没有立即释放锁，而是在执行完同步代码块中的所有内容后，锁才会被释放，锁被释放后，由于线程a已经被notify唤醒，所以会接着上次的地方执行。

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在使用等待/唤醒机制的时候，有几个需要注意的地方。

• 一个notify()方法只会唤醒一个处于等待中的线程，要想唤醒所有，可以使用notifyAll()方法
• notify()方法只会唤醒被同一个锁对象wait()的线程。

对于第二点，如果我们将ThreadB修改成这样：

class ThreadB extends Thread{
    private MyList list;
    public ThreadB(MyList list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("线程Thread检测到list中的长度变为3了，停止该线程");
            this.notify();
            System.out.println("notify方法调用结束");
        }
    }
}

执行结果如下，并且程序一直没有停止，可见线程a没有被唤醒。

第 0 此执行add操作

第 1 此执行add操作

第 2 此执行add操作

线程Thread检测到list中的长度变为3了，停止该线程

notify方法调用结束

这是因为调用notify与wait方法不是使用的同一个锁对象，可以理解为这两个notify和wait不是一对，所以没达到唤醒的目的。

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总结

经过对比发现，我发现wait/notify机制更像是一种主动推送的实现，一旦A线程达到了某种状态，可以通过wait方法来通知与A线程使用同一个锁对象的线程，让他们去做相应的操作，由于只有一把锁，所以只能有一个线程获得执行机会，这个获得执行机会的线程肯定是在A线程中达到某种状态后才会执行，所以也就间接实现了通信的目的。