java多线程详解(6)-线程间的通信wait及notify方法

Java多线程间的通信

本文提纲

一. 线程的几种状态

二. 线程间的相互作用

三.实例代码分析

一. 线程的几种状态

线程有四种状态，任何一个线程肯定处于这四种状态中的一种：
(1). 产生（New）：线程对象已经产生，但尚未被启动，所以无法执行。如通过new产生了一个线程对象后没对它调用start()函数之前。
(2). 可执行（Runnable）：每个支持多线程的系统都有一个排程器，排程器会从线程池中选择一个线程并启动它。

当一个线程处于可执行状态时，表示它可能正处于线程池中等待排排程器启动它；也可能它已正在执行。

如执行了一个线程对象的start()方法后，线程就处于可执行状态，但显而易见的是此时线程不一定正在执行中。
(3). 死亡（Dead）：当一个线程正常结束，它便处于死亡状态。如一个线程的run()函数执行完毕后线程就进入死亡状态。
(4). 停滞（Blocked）：当一个线程处于停滞状态时，系统排程器就会忽略它，不对它进行排程。

二.线程间的相互作用

线程间的相互作用：线程之间需要一些协调通信，来共同完成一件任务。

Object类中相关的方法有两个notify方法和三个wait方法：

http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/Object.html

因为wait和notify方法定义在Object类中，因此会被所有的类所继承。

这些方法都是final的，即它们都是不能被重写的，不能通过子类覆写去改变它们的行为。

wait()方法
wait()方法使得当前线程必须要等待，等到另外一个线程调用notify()或者notifyAll()方法。

当前的线程必须拥有当前对象的monitor，也即lock，就是锁。

线程调用wait()方法，释放它对锁的拥有权，然后等待另外的线程来通知它（通知的方式是notify()或者notifyAll() 方法），这样它才能重新获得锁的拥有权和恢复执行。

要确保调用wait()方法的时候拥有锁，即，wait()方法的调用必须放在synchronized方法或synchronized块中。

wait()与sleep()比较

当线程调用了wait()方法时，它会释放掉对象的锁。

另一个会导致线程暂停的方法：Thread.sleep()，它会导致线程睡眠指定的毫秒数，但线程在睡眠的过程中是不会释放 掉对象的锁的。

notify()方法
notify()方法会唤醒一个等待当前对象的锁的线程。

如果多个线程在等待，它们中的一个将会选择被唤醒。这种选择是随意的，和具体实现有关。（线程等待一个对象的锁 是由于调用了wait方法中的一个）。

被唤醒的线程是不能被执行的，需要等到当前线程放弃这个对象的锁。

被唤醒的线程将和其他线程以通常的方式进行竞争，来获得对象的锁。也就是说，被唤醒的线程并没有什么优先权，也 没有什么劣势，

对象的下一个线程还是需要通过一般性的竞争。

notify()方法应该是被拥有对象的锁的线程所调用。

（This method should only be called by a thread that is the owner of this object's monitor.）

换句话说，和wait()方法一样，notify方法调用必须放在synchronized方法或synchronized块中。

wait()和notify()方法要求在调用时线程已经获得了对象的锁，因此对这两个方法的调用需要放在synchronized方法或 synchronized块中。

一个线程变为一个对象的锁的拥有者是通过下列三种方法：

1.执行这个对象的synchronized实例方法。

2.执行这个对象的synchronized语句块。这个语句块锁的是这个对象。

3.对于Class类的对象，执行那个类的synchronized、static方法。

三.实例代码分析

利用两个线程，对一个整形成员变量进行变化，一个对其增加，一个对其减少，利用线程间的通信，实现该整形变量0101这样交替的变更。

/**
 * 进行减少操作的线程。
 * @author cary
 * @version 1.0.0
 */
public class DecreaseThread extends Thread
{
    private NumberHolder numberHolder;

    public DecreaseThread(NumberHolder numberHolder)
    {
        this.numberHolder = numberHolder;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        for (int i = ; i < ; ++i)
        {
            /**
             * 进行一定的延时
             */
            try
            {
                Thread.sleep((long) Math.random() * );
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }

            /**
             * 进行减少操作
             */
            numberHolder.decrease();
        }
    }

}

/**
* 进行增加操作的线程。
*
* @author cary
* @version 1.0.0
*/
public class IncreaseThread extends Thread {
private NumberHolder numberHolder;

public IncreaseThread(NumberHolder numberHolder) {
　　　　this.numberHolder = numberHolder;
}

@Override
public void run() {
　　for (int i = 0; i < 20; ++i) {
　　/**
　　* 进行一定的延时
　　*/
　　try {
　　　　Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
　　} catch (InterruptedException e) {
　　　　e.printStackTrace();
}

　　/**
　　* 进行增加操作
　　*/
　　numberHolder.increase();
　　　　}
　　}

}

/**
* 进行减少操作的线程。
*
* @author cary
* @version 1.0.0
*/
public class DecreaseThread extends Thread {
private NumberHolder numberHolder;

public DecreaseThread(NumberHolder numberHolder) {
　　　　this.numberHolder = numberHolder;
}

@Override
public void run() {
　　for (int i = 0; i < 20; ++i) {
　　/**
　　* 进行一定的延时
　　*/
　　try {
　　　　　　Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
　　} catch (InterruptedException e) {
　　　　　　e.printStackTrace();
　　}

　　/**
　　* 进行减少操作
　　*/
　　numberHolder.decrease();
　　　　}
　　}

}

/**
* 线程测试。
* @author cary
* @version 1.0.0
*/
public class NumberTest {
　　　　public static void main(String[] args) {
　　　　　　NumberHolder numberHolder = new NumberHolder();
　　　　　　Thread t1 = new IncreaseThread(numberHolder);
　　　　　　Thread t2 = new DecreaseThread(numberHolder);
　　　　　　t1.start();
　　　　　　t2.start();
　　　　}
}

如果再增加2个线程，即把其中的NumberTest类改为如下：

public class NumberTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        NumberHolder numberHolder = new NumberHolder();

        Thread t1 = new IncreaseThread(numberHolder);
        Thread t2 = new DecreaseThread(numberHolder);

        Thread t3 = new IncreaseThread(numberHolder);
        Thread t4 = new DecreaseThread(numberHolder);

        t1.start();
        t2.start();

        t3.start();
        t4.start();
    }

}
 

运行后发现，加上t3和t4之后结果就错了。

为什么两个线程的时候执行结果正确而四个线程的时候就不对了呢？

因为线程在wait()的时候，接收到其他线程的通知，即往下执行，不再进行判断。两个线程的情况下，唤醒的肯定是另一个线程；

但是在多个线程的情况下，执行结果就会混乱无序。

比如，一个可能的情况是，一个增加线程执行的时候，其他三个线程都在wait，这时候第一个线程调用了notify()方法，

其他线程都将被唤醒，然后执行各自的增加或减少方法。

解决的方法就是：在被唤醒之后仍然进行条件判断，去检查要改的数字是否满足条件，如果不满足条件就继续睡眠。

把两个方法中的if改为while即可。

public class NumberHolder
{
    private int number;

    public synchronized void increase()
    {
        while ( != number)
        {
            try
            {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 能执行到这里说明已经被唤醒，并且number不为0
        number++;
        System.out.println(number);

        // 通知在等待的线程
        notify();
    }

    public synchronized void decrease()
    {
        while ( == number)
        {
            try
            {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }

        }

        // 能执行到这里说明已经被唤醒，并且number不为0
        number--;
        System.out.println(number);
        notify();
    }

}