執行緒基本通訊機制--wait和notify
一、執行緒基本通訊機制
1 wait和notify的用法
wait和notify是Java最基本的執行緒間通訊機制，體現了執行緒的互動，用於資訊的傳遞。例如在生產者消費者模式中，利用阻塞和喚醒使不同執行緒之間配合實現業務邏輯。
阻塞階段--wait，呼叫物件的wait方法，執行緒進入WAITING狀態，阻塞掛起，釋放鎖。
wait阻塞後，直到下面情況之一發生時，執行緒才會被喚醒。
- 其他執行緒呼叫該物件的notify/notifyAll方法。
- 帶有超時引數的wait方法，發生超時。如果引數是0，則永久等待。
- 呼叫執行緒中斷interrupt()。執行緒在waiting狀態，會自動響應中斷，丟擲中斷異常。
喚醒階段 --notify/notifyAll
- notify：隨機喚醒一個執行緒
- notifyAll：喚醒所有執行緒
2 wait和notify性質
- 使用前需要擁有鎖（monitor鎖）
- 屬於Object類，底層是final native方法，屬於JVM層程式碼。
- wait和notify是最基本的執行緒通訊機制
- 同時擁有多把鎖，需要注意鎖的釋放順序
synchronized(this) {
while(條件）{
wait();
}
}
- 如果wait方法沒有修飾，表示當前物件this
- 即使沒有呼叫喚醒方法，執行緒仍有可能從掛起狀態變為可執行狀態（虛假喚醒）。為防患於未然，常見是不斷測試該執行緒被喚醒的條件是否被滿足，不滿足則繼續等待。
synchronized (resourceA) {
synchronized (resourceB) {
try {
resourceA.wait(); // 只釋放resourceA鎖
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
注意點：呼叫某個物件的notify，只能喚醒與該物件對應的執行緒。呼叫wait也只釋放當前的那把鎖。
3 wait原理
EntrySet：入口集；WaitSet：等待集；The owner：執行緒擁有鎖。’
鎖的執行原理：開始執行緒在入口集和等待集競爭鎖【1】，此時執行緒A獲取到了鎖【2】，入口集和等待集中的執行緒進入BLOCKED。此時A可以正常執行完釋放鎖【6】，也可以呼叫wait釋放鎖進入等待集【3】。等待集執行緒被喚醒【4】後，進入另一個等待集，與入口集的執行緒一起競爭鎖【5】。
二、常見問題
1 wait和notify實現生產者消費者模式
生產者消費者模式可以解耦生產者和消費者，使兩者更好地配合。
// 生產和消費100個產品
public class ProducerConsumerModelByWaitAndNotify {
public static void main(String[] args) {
// 建立倉庫
Storage storage = new Storage();
// 建立生產者消費者執行緒
Thread producer = new Thread(new ProducerTask(storage));
Thread consumer = new Thread(new ConsumerTask(storage));
producer.start();
consumer.start();
}
}
class ProducerTask implements Runnable {
private Storage storage;
public ProducerTask(Storage storage) {
this.storage = storage;
}
@Override
public void run() {
// 生產100個產品
for (int i = 0; i < 100; i++) {
storage.put();
}
}
}
class ConsumerTask implements Runnable {
private Storage storage;
public ConsumerTask(Storage storage) {
this.storage = storage;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
storage.take();
}
}
}
class Storage {
private int maxSize;
private Queue<Date> storage;
public Storage() {
this.maxSize = 10; // 佇列最大是10
this.storage = new LinkedList<>();
}
/**
* wait和notify需要首先獲取到鎖，因此需要使用synchronized方法或者同步程式碼塊
*/
public synchronized void put() {
// 倉庫已滿，無法生產更多產品，讓出鎖
while (storage.size() == maxSize) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
storage.add(new Date());
System.out.println("生產者生產產品，此時倉庫產品數：" + storage.size());
// 通知消費者消費
notify();
}
public synchronized void take() {
// 倉庫為空，無法獲取到產品，執行緒讓出鎖
while (storage.size() == 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
storage.poll();
System.out.println("消費者消費產品，此時倉庫產品數：" + storage.size());
// 通知生產者生產
notify();
}
}
2. 為什麼wait需要放在同步程式碼塊中使用，而sleep不需要？
主要是為了讓通訊更加可靠，防止死鎖、永久等待的發生。
wait放到synchronized程式碼中對執行緒有一定的保護作用。假設沒有synchronized的保護，執行緒A在執行到wait語句之前，切換到執行緒B執行了notify語句，此時執行了wait語句釋放鎖後，沒有執行緒喚醒，導致了永久等待。
sleep方法是針對單個執行緒的，與其他執行緒無關，無需放入到同步程式碼塊中。
3 為什麼wait和notify方法定義在Object中，而不是Thread中？
wait和notify是鎖級別操作，而鎖是屬於某個物件的，鎖標識在物件的物件頭中。如果將wait和notify定義線上程中，則會有很大的侷限性。例如每個執行緒都可能會休眠。如果某個執行緒持有多個鎖，而且鎖之間是相互配合的時，wait方法在Thread類中，就沒有辦法實現執行緒的配合。
呼叫執行緒物件.wait會發生什麼？
個人理解：
呼叫執行緒物件的wait方法，也就是說以執行緒為鎖。wait和notify的初衷就是用來執行緒間通訊，如果以執行緒為鎖，不利於設計流程。