java多线程系列(三)---等待通知机制

等待通知机制

前言：本系列将从零开始讲解java多线程相关的技术，内容参考于《java多线程核心技术》与《java并发编程实战》等相关资料，希望站在巨人的肩膀上,再通过我的理解能让知识更加简单易懂。

目录

• 认识cpu、核心与线程
• java多线程系列（一）之java多线程技能
• java多线程系列（二）之对象变量的并发访问
• java多线程系列（三）之等待通知机制
• java多线程系列（四）之ReentrantLock的使用
• java多线程系列（五）之synchronized ReentrantLock volatile Atomic 原理分析
• java多线程系列（六）之线程池原理及其使用

非等待通知

public void run() {
		try {
			for (int i = 0; i < 10; i++) {
				list.add();
				System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素");
				Thread.sleep(1000);
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
public void run() {
		try {
			while (true) {
				if (list.size() == 5) {
					System.out.println("==5了，线程b要退出了！");
					throw new InterruptedException();
				}
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

• 两个线程实现了通信，但list大小为5的时候，线程B退出了，但是线程B不停地轮询是否为5，这个时候是很占资源的
• 如果轮询的时间间隔小，这个时候更加浪费资源
• 如果轮询的时间间隔大，那么还可能错过了想要的数据，比如可能错过了5
• 这里共享了list，所以实现了通信，但是因为不知道什么时候通信，所以不停地轮询，这种通信有缺点，一是浪费cpu资源，二是可能读取到错误的数据

什么是等待通知机制

• 线程A要等待线程B发出通知才执行，这个时候线程A可以执行wait方法，等待线程B执行notify方法唤醒线程A

等待通知机制实现

public void run() {
		try {
			synchronized (lock) {
				if (MyList.size() != 5) {
					System.out.println("wait begin "
							+ System.currentTimeMillis());
					lock.wait();
					System.out.println("wait end  "
							+ System.currentTimeMillis());
				}
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

public void run() {
		try {
			synchronized (lock) {
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					MyList.add();
					if (MyList.size() == 5) {
						lock.notify();
						System.out.println("已发出通知！");
					}
					System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素!");
					Thread.sleep(1000);
				}
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

• 将上面的代码进行更改，当大小不等于5的时候，线程A处于wait状态，直到线程B发出通知，唤醒线程A，通过等待通知机制，避免了线程A不停轮询造成的资源浪费

消息通知机制注意点

• wait和notify必须是在同步方法和同步代码块里面调用，要不然会抛出异常
• notify方法是继承自Object类，可以唤醒在此对象监视器等待的线程，也就是说唤醒的是同一个锁的线程
• notify方法调用之后，不会马上释放锁，而是运行完该同步方法或者是运行完该同步代码块的代码
• 调用notify后随机唤醒的是一个线程
• 调用wait方法后会将锁释放
• wait状态下中断线程会抛出异常
• wait(long),超过设置的时间后会自动唤醒，还没超过该时间也可以通过其他线程唤醒
• notifyAll可以唤醒同一锁的所有线程
• 如果线程还没有处于等待状态，其他线程进行唤醒，那么不会起作用，此时会打乱程序的正常逻辑

案例：生产者消费者模式

一个生产者，一个消费者

public void setValue() {
		try {
			synchronized (lock) {
				if (!ValueObject.value.equals("")) {
					lock.wait();
				}
				String value = System.currentTimeMillis() + "_"
						+ System.nanoTime();
				System.out.println("set"+ value);
				ValueObject.value = value;
				lock.notify();
			}

		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
public void getValue() {
		try {
			synchronized (lock) {
				if (ValueObject.value.equals("")) {
					lock.wait();
				}
				System.out.println("get"+ ValueObject.value);
				ValueObject.value = "";
				lock.notify();
			}

		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
public void run() {
		while (true) {
			r.getValue();
		}
	}
public void run() {
		while (true) {
			p.setValue();
		}
	}

• 如果我们创建一个生产线程，一个消费线程，那么这个时候会交替运行

多个生产者，多个消费者

public void getValue() {
		try {
			synchronized (lock) {
				while (ValueObject.value.equals("")) {
					System.out.println("消费者 "
							+ Thread.currentThread().getName() + " WAITING了☆");
					lock.wait();
				}
				System.out.println("消费者 " + Thread.currentThread().getName()
						+ " RUNNABLE了");
				ValueObject.value = "";
				lock.notify();
			}

		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
public void run() {
		while (true) {
			r.getValue();
		}
	}
public void setValue() {
		try {
			synchronized (lock) {
				while (!ValueObject.value.equals("")) {
					System.out.println("生产者 "
							+ Thread.currentThread().getName() + " WAITING了★");
					lock.wait();
				}
				System.out.println("生产者 " + Thread.currentThread().getName()
						+ " RUNNABLE了");
				String value = System.currentTimeMillis() + "_"
						+ System.nanoTime();
				ValueObject.value = value;
				lock.notify();
			}

		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
public void run() {
		while (true) {
			p.setValue();
		}
	}

• 如果这个时候创建多个生产者，多个消费者，如果连续唤醒的是同类线程，那么会出现假死状态，就是线程都处于waiting状态，因为notify随机唤醒一个线程，如果唤醒的同类的，那么就浪费了一次唤醒，如果这个时候无法再唤醒异类线程，那么就会假死。这种情况把notify改成notifyAll()就行了。

消息通知机制需要注意的地方

• 是否线程唤醒的是同类线程会造成影响
• 生产者消费模式，判断条件if和while应该使用哪一个

通过管道进行线程间通信

public class ThreadWrite extends Thread {

	private WriteData write;
	private PipedOutputStream out;

	public ThreadWrite(WriteData write, PipedOutputStream out) {
		super();
		this.write = write;
		this.out = out;
	}

	@Override
	public void run() {
		write.writeMethod(out);
	}

}
public class ThreadRead extends Thread {

	private ReadData read;
	private PipedInputStream input;

	public ThreadRead(ReadData read, PipedInputStream input) {
		super();
		this.read = read;
		this.input = input;
	}

	@Override
	public void run() {
		read.readMethod(input);
	}
}
public class Run {

	public static void main(String[] args) {

		try {
			WriteData writeData = new WriteData();
			ReadData readData = new ReadData();

			PipedInputStream inputStream = new PipedInputStream();
			PipedOutputStream outputStream = new PipedOutputStream();

			// inputStream.connect(outputStream);
			outputStream.connect(inputStream);//关键

			ThreadRead threadRead = new ThreadRead(readData, inputStream);
			threadRead.start();

			Thread.sleep(2000);

			ThreadWrite threadWrite = new ThreadWrite(writeData, outputStream);
			threadWrite.start();

		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

	}

}

• PipedInputStream和PiepedOutputStream(对应字符流PipedReader和PipedOutputWriter)这几个类可以实现线程间流的通信，将管道输出流和输出流连接，实现一个线程往管道发送数据，一个线程从管道读取数据

join方法

public static void main(String[] args) {
		try {
			MyThread threadTest = new MyThread();
			threadTest.start();
			threadTest.join();

			System.out.println("threadTest对象执行完，我再执行");
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

• 当前线程阻塞(main线程)，调用线程（threadTest）正常执行，执行完后当前线程（main）继续执行

public class ThreadB extends Thread {

	@Override
	public void run() {
		try {
			ThreadA a = new ThreadA();
			a.start();
			a.join();

			System.out.println("线程B在run end处打印了");
		} catch (InterruptedException e) {
			System.out.println("线程B在catch处打印了");
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

• 如果线程B执行完了join方法，此时线程B被中断，那么这个时候抛出异常，但是线程A正常运行

join（long）和sleep（long）的区别

public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

• 从join方法的源代码可以发现，他的核心方法是wait，在前面已经提到wait方法会释放锁，说明join方法也会释放锁，但是sleep是不会释放锁的。
• join方法是非静态的，而sleep是静态的

ThreadLocal

• 解决变量在各个线程的隔离性，每个线程绑定自己的值

public void run() {
		try {
			for (int i = 0; i < 100; i++) {
				if (Tools.tl.get() == null) {
					Tools.tl.set("ThreadA" + (i + 1));
				} else {
					System.out.println("ThreadA get Value=" + Tools.tl.get());
				}
				Thread.sleep(200);
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
public void run() {
		try {
			for (int i = 0; i < 100; i++) {
				if (Tools.tl.get() == null) {
					Tools.tl.set("ThreadB" + (i + 1));
				} else {
					System.out.println("ThreadB get Value=" + Tools.tl.get());
				}
				Thread.sleep(200);
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
public class Tools {

	public static ThreadLocal tl = new ThreadLocal();

}

• 每个线程都设置了值，但是得到的值却是自己的，互相隔离
• 如果不开始不设置值，那么得到的值都是null，可以通过继承ThreadLocal，重载initalValue方法，设置初始值

public class ThreadLocalExt extends ThreadLocal {
	@Override
	protected Object initialValue() {
		return new Date().getTime();
	}
}

• InheritableThreadLocal，子线程可以继承父线程的值

public class InheritableThreadLocalExt extends InheritableThreadLocal {
	@Override
	protected Object initialValue() {
		return new Date().getTime();
	}
}
public static void main(String[] args) {
		try {
			for (int i = 0; i < 10; i++) {
				System.out.println("       在Main线程中取值=" + Tools.tl.get());
				Thread.sleep(100);
			}
			Thread.sleep(5000);
			ThreadA a = new ThreadA();
			a.start();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	//main线程和A线程输出的一样

• 在上面代码的基础上，重写childValue方法可以设置子线程的值

我觉得分享是一种精神，分享是我的乐趣所在，不是说我觉得我讲得一定是对的，我讲得可能很多是不对的，但是我希望我讲的东西是我人生的体验和思考，是给很多人反思，也许给你一秒钟、半秒钟，哪怕说一句话有点道理，引发自己内心的感触，这就是我最大的价值。（这是我喜欢的一句话，也是我写博客的初衷）

作者：jiajun 出处： http://www.cnblogs.com/-new/

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