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怎么在Java中正确使用wait, notify和notifyAll

2023-06-17 05:45

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这篇文章将为大家详细讲解有关怎么在Java中正确使用wait, notify和notifyAll,小编觉得挺实用的,因此分享给大家做个参考,希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获。

wait, notify 和 notifyAll,这些在多线程中被经常用到的保留关键字,在实际开发的时候很多时候却并没有被大家重视。本文对这些关键字的使用进行了描述。

在 Java 中可以用 wait、notify 和 notifyAll  来实现线程间的通信。。举个例子,如果你的Java程序中有两个线程——即生产者和消费者,那么生产者可以通知消费者,让消费者开始消耗数据,因为队列缓 冲区中有内容待消费(不为空)。相应的,消费者可以通知生产者可以开始生成更多的数据,因为当它消耗掉某些数据后缓冲区不再为满。

我们可以利用wait()来让一个线程在某些条件下暂停运行。例如,在生产者消费者模型中,生产者线程在缓冲区为满的时候,消费者在缓冲区为空的时 候,都应该暂停运行。如果某些线程在等待某些条件触发,那当那些条件为真时,你可以用 notify 和 notifyAll  来通知那些等待中的线程重新开始运行。不同之处在于,notify 仅仅通知一个线程,并且我们不知道哪个线程会收到通知,然而 notifyAll  会通知所有等待中的线程。换言之,如果只有一个线程在等待一个信号灯,notify和notifyAll都会通知到这个线程。但如果多个线程在等待这个信 号灯,那么notify只会通知到其中一个,而其它线程并不会收到任何通知,而notifyAll会唤醒所有等待中的线程。

如何使用Wait

尽管关于wait和notify的概念很基础,它们也都是Object类的函数,但用它们来写代码却并不简单。如果你在面试中让应聘者来手写代码, 用wait和notify解决生产者消费者问题,我几乎可以肯定他们中的大多数都会无所适从或者犯下一些错误,例如在错误的地方使用  synchronized 关键词,没有对正确的对象使用wait,或者没有遵循规范的代码方法。说实话,这个问题对于不常使用它们的程序员来说确实令人感觉比较头疼。

***个问题就是,我们怎么在代码里使用wait()呢?因为wait()并不是Thread类下的函数,我们并不能使用 Thread.call()。事实上很多Java程序员都喜欢这么写,因为它们习惯了使用Thread.sleep(),所以他们会试图使用wait()   来达成相同的目的,但很快他们就会发现这并不能顺利解决问题。正确的方法是对在多线程间共享的那个Object来使用wait。在生产者消费者问题中,这 个共享的Object就是那个缓冲区队列。

第二个问题是,既然我们应该在synchronized的函数或是对象里调用wait,那哪个对象应该被synchronized呢?答案是,那个 你希望上锁的对象就应该被synchronized,即那个在多个线程间被共享的对象。在生产者消费者问题中,应该被synchronized的就是那个 缓冲区队列。(我觉得这里是英文原文有问题……本来那个句末就不应该是问号不然不太通……)

怎么在Java中正确使用wait, notify和notifyAll

永远在循环(loop)里调用 wait 和 notify,不是在 If 语句

现在你知道wait应该永远在被synchronized的背景下和那个被多线程共享的对象上调用,下一个一定要记住的问题就是,你应该永远在 while循环,而不是if语句中调用wait。因为线程是在某些条件下等待的——在我们的例子里,即“如果缓冲区队列是满的话,那么生产者线程应该等 待”,你可能直觉就会写一个if语句。但if语句存在一些微妙的小问题,导致即使条件没被满足,你的线程你也有可能被错误地唤醒。所以如果你不在线程被唤 醒后再次使用while循环检查唤醒条件是否被满足,你的程序就有可能会出错——例如在缓冲区为满的时候生产者继续生成数据,或者缓冲区为空的时候消费者 开始小号数据。所以记住,永远在while循环而不是if语句中使用wait!我会推荐阅读《Effective Java》,这是关于如何正确使用wait和notify的***的参考资料。

基于以上认知,下面这个是使用wait和notify函数的规范代码模板:

// 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 }

就像我之前说的一样,在while循环里使用wait的目的,是在线程被唤醒的前后都持续检查条件是否被满足。如果条件并未改变,wait被调用之前notify的唤醒通知就来了,那么这个线程并不能保证被唤醒,有可能会导致死锁问题。

Java wait(), notify(), notifyAll() 范例

下面我们提供一个使用wait和notify的范例程序。在这个程序里,我们使用了上文所述的一些代码规范。我们有两个线程,分别名为 PRODUCER(生产者)和CONSUMER(消费者),他们分别继承了了Producer和Consumer类,而Producer和 Consumer都继承了Thread类。Producer和Consumer想要实现的代码逻辑都在run()函数内。Main线程开始了生产者和消费 者线程,并声明了一个LinkedList作为缓冲区队列(在Java中,LinkedList实现了队列的接口)。生产者在***循环中持续往 LinkedList里插入随机整数直到LinkedList满。我们在while(queue.size ==  maxSize)循环语句中检查这个条件。请注意到我们在做这个检查条件之前已经在队列对象上使用了synchronized关键词,因而其它线程不能在 我们检查条件时改变这个队列。如果队列满了,那么PRODUCER线程会在CONSUMER线程消耗掉队列里的任意一个整数,并用notify来通知 PRODUCER线程之前持续等待。在我们的例子中,wait和notify都是使用在同一个共享对象上的。

import java.util.LinkedList; import java.util.Queue; import java.util.Random;  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(); } }  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();       }      }     }    }  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();     }    }   } }

怎么在Java中正确使用wait, notify和notifyAll

为了更好地理解这个程序,我建议你在debug模式里跑这个程序。一旦你在debug模式下启动程序,它会停止在PRODUCER或者 CONSUMER线程上,取决于哪个线程占据了CPU。因为两个线程都有wait()的条件,它们一定会停止,然后你就可以跑这个程序然后看发生什么了 (很有可能它就会输出我们以上展示的内容)。你也可以使用Eclipse里的Step into和Step over按钮来更好地理解多线程间发生的事情。

本文重点:

你可以使用wait和notify函数来实现线程间通信。你可以用它们来实现多线程(>3)之间的通信。

永远在synchronized的函数或对象里使用wait、notify和notifyAll,不然Java虚拟机会生成 IllegalMonitorStateException。

永远在while循环里而不是if语句下使用wait。这样,循环会在线程睡眠前后都检查wait的条件,并在条件实际上并未改变的情况下处理唤醒通知。

永远在多线程间共享的对象(在生产者消费者模型里即缓冲区队列)上使用wait。

 基于前文提及的理由,更倾向用 notifyAll(),而不是 notify()。

怎么在Java中正确使用wait, notify和notifyAll

这是关于Java里如何使用wait,  notify和notifyAll的所有重点啦。你应该只在你知道自己要做什么的情况下使用这些函数,不然Java里还有很多其它的用来解决同步问题的方 案。例如,如果你想使用生产者消费者模型的话,你也可以使用BlockingQueue,它会帮你处理所有的线程安全问题和流程控制。如果你想要某一个线 程等待另一个线程做出反馈再继续运行,你也可以使用CycliBarrier或者CountDownLatch。如果你只是想保护某一个资源的话,你也可 以使用Semaphore。

关于“怎么在Java中正确使用wait, notify和notifyAll”这篇文章就分享到这里了,希望以上内容可以对大家有一定的帮助,使各位可以学到更多知识,如果觉得文章不错,请把它分享出去让更多的人看到。

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