簡單瞭解java等待喚醒機制原理及使用
這篇文章主要介紹了簡單瞭解java等待喚醒機制原理及使用,文中通過示例程式碼介紹的非常詳細,對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下
這是一篇走心的填坑筆記,自學Java的幾年總是在不斷學習新的技術,一路走來發現自己踩坑無數,而填上的坑卻屈指可數。突然發現,有時候真的不是幾年工作經驗的問題,有些東西即使工作十年,沒有用心去學習過也不過是一個10年大坑罷了(真實感受)。
剛開始接觸多執行緒時,就知道有等待/喚醒這個東西,寫過一個demo就再也沒有看過了,至於它到底是個什麼東西,或者說它能解決什麼樣的問題,估計大多數人和我一樣都是模稜兩可。這次筆者就嘗試帶你搞懂等待/喚醒機制,讀完本文你將get到以下幾點:
- 迴圈等待帶來什麼樣的問題
- 用等待喚醒機制優化迴圈等待
- 等待喚醒機制中的被忽略的細節
一,迴圈等待問題
假設今天要發工資,強老闆要去吃一頓好的,整個就餐流程可以分為以下幾個步驟:
- 點餐
- 視窗等待出餐
- 就餐
public static void main(String[] args) { // 是否還有包子 AtomicBoolean hasBun = new AtomicBoolean(); // 包子鋪老闆 new Thread(() -> { try { // 一直迴圈檢視是否還有包子 while (true) { if (hasBun.get()) { System.out.println("老闆:檢查一下是否還剩下包子..."); Thread.sleep(3000); } else { System.out.println("老闆:沒有包子了,馬上開始製作..."); Thread.sleep(1000); System.out.println("老闆:包子出鍋咯...."); hasBun.set(true); } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); new Thread(() -> { System.out.println("小強:我要買包子..."); try { // 每隔一段時間詢問是否完成 while (!hasBun.get()) { System.out.println("小強:包子咋還沒做好呢~"); Thread.sleep(3000); } System.out.println("小強:終於吃上包子了...."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); }
在上文程式碼中存在一個很大的問題,就是老闆需要不斷的去檢查是否還有包子,而客戶則需要隔一段時間去看催一下老闆,這顯然時不合理的,這就是典型的迴圈等待問題。
這種問題的程式碼中通常是如下這種模式:
while (條件不滿足) { Thread.sleep(3000); } doSomething();
對應到計算機中,則暴露了一個問題:不斷通過輪詢機制來檢測條件是否成立, 如果輪詢時間過小則會浪費CPU資源,如果間隔過大,又導致不能及時獲取想要的資源。
二,等待/喚醒機制
為了解決迴圈等待消耗CPU以及資訊及時性問題,Java中提供了等待喚醒機制。通俗來講就是由主動變為被動, 當條件成立時,主動通知對應的執行緒,而不是讓執行緒本身來詢問。
2.1 基本概念
等待/喚醒機制,又叫等待通知(筆者更喜歡叫喚醒而非通知),是指執行緒A呼叫了物件O的wait()方法進入了等待狀態,而另一個執行緒呼叫了O的notify()或者notifyAll()方法,執行緒A收到通知後從物件O的wait()方法返回,進而執行後續操作。
上訴過程是通過物件O,使得執行緒A和執行緒B之間進行通訊,線上程中呼叫了物件O的wait()方法後執行緒久進入了阻塞狀態,而在其他執行緒中物件O呼叫notify()或notifyAll方法時,則會喚醒對應的阻塞執行緒。
2.2 基本API
等待/喚醒機制的相關方法時任意Java物件具備的,因為這些方法被定義在所有Java物件的超類Object中。
notify: 通知一個在物件上等待的執行緒,使其從wait()方法返回,而返回的前提時該執行緒獲取到物件的鎖
notifyAll: 通知所有等待在該物件上的執行緒
wait: 呼叫此方法的執行緒進入阻塞等待狀態,只有等待另外執行緒的通知或者被中斷才會返回,呼叫wait方法會釋放物件的鎖
wait(long) : 等待超過一段時間沒有被喚醒就超時自動返回,單位時毫秒。
2.3 用等待喚醒機制優化迴圈等待
public static void main(String[] args) { // 是否還有包子 AtomicBoolean hasBun = new AtomicBoolean(); // 鎖物件 Object lockObject = new Object(); // 包子鋪老闆 new Thread(() -> { try { while (true) { synchronized (lockObject) { if (hasBun.get()) { System.out.println("老闆:包子夠賣了,打一把王者榮耀"); lockObject.wait(); } else { System.out.println("老闆:沒有包子了,馬上開始製作..."); Thread.sleep(3000); System.out.println("老闆:包子出鍋咯...."); hasBun.set(true); // 通知等待的食客 lockObject.notifyAll(); } } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); new Thread(() -> { System.out.println("小強:我要買包子..."); try { synchronized (lockObject) { if (!hasBun.get()) { System.out.println("小強:看一下有沒有做好, 看公眾號cruder有沒有新文章"); lockObject.wait(); } else { System.out.println("小強:包子終於做好了,我要吃光它們...."); hasBun.set(false); lockObject.notifyAll(); System.out.println("小強:一口氣把店裡包子吃光了, 快快樂樂去板磚了~~"); } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); }
上述流程,減少了輪詢檢查的操作,並且執行緒呼叫wait()方法後,會釋放鎖,不會消耗CPU資源,進而提高了程式的效能。
三,等待喚醒機制的基本正規化
等待、喚醒是執行緒間通訊的手段之一,用來協調多個執行緒操作同一個資料來源。實際應用中通常用來優化迴圈等待的問題,針對等待方和通知方,可以提煉出如下的經典範式。
需要注意的是,在等待方執行的邏輯中,一定要用while迴圈來判斷等待條件,因為執行notify/notifyAll方法時只是讓等待執行緒從wait方法返回,而非重新進入臨界區
/** * 等待方執行的邏輯 * 1. 獲取物件的鎖 * 2. 檢查條件,如果條件不滿足,呼叫物件的wait方法,被通知後重新檢查條件 * 3. 條件滿足則執行對應的邏輯 */ synchronized(物件){ while(條件不滿足){ 物件.wait() } doSomething(); } /** * !! 通知方執行的邏輯 * 1. 獲取物件的鎖 * 2. 改變條件 * 3. 通知(所有)等待在物件上的執行緒 */ synchronized(物件){ 條件改變 物件.notify(); }
這個程式設計正規化通常是針對典型的通知方和等待方,有時雙方可能具有雙重身份,即使等待方又是通知方,正如我們上文中的案例一樣。
四,notify/notifyAll不釋放鎖
相信這個問題有半數工程師都不知道,當執行wait()方法,鎖自動被釋放;但執行完notify()方法後,鎖不會釋放,而是要執行notify()方法所在的synchronized程式碼塊後才會釋放。這一點很重要,也是很多工程師容易忽略的地方。
lockObject.notifyAll(); System.out.println("小強:一口氣把店裡包子吃光了, 快快樂樂去板磚了~~");
案例程式碼中,故意設定成先notifyAll,然後在列印;上文圖中的結果也印證了了我們的描述,感興趣的小夥伴可以動手執行一下案例程式碼哦。
五,等待、喚醒必須先獲取鎖
在等待、喚醒程式設計正規化中的wait,notify,notifyAll方法往往不能直接呼叫, 需要在獲取鎖之後的臨界區執行
並且只能喚醒等待在同一把鎖上的執行緒。
當執行緒呼叫wait方法時會被加入到一個等待佇列,當執行notify時會喚醒佇列中第一個等待執行緒(等待時間最長的執行緒),而呼叫notifyAll時則會喚醒等待執行緒中所有的等待執行緒。
六,sleep不釋放鎖 而wait 釋放#
在用等待喚醒機制優化迴圈等待的過程中,有一個重要的特徵就是原本的sleep()方法用wait()方法取代,他們的最大的區別在於wait方法會釋放鎖,而sleep不會,除此之外,還有個重要的區別,sleep是Thread的方法,可以在任意地方執行;而wait是Object物件的方法,必須在synchronized程式碼塊中執行。
以上就是本文的全部內容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支援我們。