等待&通知機制
阿新 • • 發佈：2019-01-13
等待/通知機制
什麼是等待/通知機制？
舉例說明，廚師和服務員之間的互動：
1. 廚師做完一道菜的時間不確定，所以廚師將菜品放到”菜品傳遞臺”上的時間也不確定；
2. 服務員取到菜的時間取決於廚師，所以服務員就處於等待狀態；
3. 服務員如何取到菜呢？又得取決於廚師，廚師將菜放在”菜品傳遞臺”上，其實就相當於一種通知，這時服務員才可以拿到菜並交給就餐者。
如何實現等待/通知機制？
一句話總結：wait 使執行緒停止執行，而 notify 使停止的執行緒繼續執行。
wait() 方法
- 是 Object 類的方法，作用：使當前執行程式碼的執行緒進行等待，直到接到通知或被中斷為止。
- 執行之後，當前執行緒釋放鎖。
- 只能在同步方法或同步塊中呼叫 wait()方法。原因：JDK 強制的，方法呼叫之前必須先獲得該物件的物件級別鎖，如果呼叫時沒有持有適當的鎖，則丟擲 IllegalMonitorStateException 異常。
notify()/notifyAll() 方法
- Object 類的方法，用來通知那些可能等待該物件的物件鎖的其他執行緒。
- 在執行 notify() 方法後，當前執行緒不能馬上釋放該物件鎖，wait 狀態的執行緒也不能馬上獲取該物件鎖，需要等到執行 notify() 方法的執行緒執行完（退出 synchronized 程式碼塊後）。
- 只能在同步方法或同步塊中呼叫。原因如上。
執行緒狀態切換
Runnable 狀態 & Running 狀態
Runnable：就緒狀態，隨時可能被 CPU 排程執行
Running：執行狀態，執行緒獲取 CPU 許可權進行執行
- 建立一個新的執行緒物件後，呼叫 start() 方法，系統為此執行緒分配 CPU 資源，執行緒進入 Runnable 狀態
- 如果執行緒搶佔到 CPU 資源，此執行緒進入 Running 狀態
Running 狀態 -> Blocked 狀態
blocked：阻塞狀態，執行緒放棄了 CPU 使用權，暫時停止執行，直到執行緒進入就緒狀態。分為三種：
1. 等待阻塞：呼叫 wait()方法，讓執行緒等到某工作的完成
2. 同步阻塞：synchronized 獲取物件鎖失敗（可能鎖被佔用）
3. 其他阻塞：呼叫 sleep() | join() | 發出 IO 請求時，執行緒進入阻塞。
- 執行緒呼叫 sleep() 方法，主動放棄佔用的處理器資源
- 執行緒呼叫了阻塞式 IO 方法，在該方法返回前，該執行緒被阻塞
- 執行緒試圖獲得一個同步監視器，但該監視器正被其他執行緒所持有
- 執行緒呼叫 wait() 方法，等待某個通知
- 程式呼叫了 suspend 方法將該執行緒掛起。（此方法容易死鎖，避免使用）
Blocked 狀態 -> Runnable 狀態
- 呼叫 sleep() 方法後，sleep()超時
- 執行緒呼叫的阻塞 IO 已經返回，阻塞方法執行完畢
- 執行緒成功獲得了試圖同步的監視器
- 執行緒正在等到通知，其他執行緒發出了通知(notify() | notifyAll)
- 處於掛起狀態的執行緒呼叫了 resume() 恢復方法
Dead 狀態
執行緒執行完了或者異常退出了 run() 方法，結束生命週期。
每個鎖物件都有兩個佇列：
- 就緒佇列：儲存將要獲得鎖的執行緒，一個執行緒被喚醒後，進入就緒佇列，等到 CPU 排程
- 阻塞佇列：儲存被阻塞的執行緒，一個執行緒被 wait() 後，進入阻塞佇列，等待下一次被喚醒
wait/notify模式的注意事項
- wait 釋放鎖，notify 不釋放鎖
- 當執行緒處於 wait 狀態時，使用 interrupt() 方法會出現 InterruptedException 異常
- wait(long) 方法的作用：等待某一個時間內是否有執行緒對鎖進行喚醒，如果超過時間則自動喚醒。
- 如果通知過早，則會打亂程式正常的執行邏輯。（wait 狀態的執行緒不會被通知）
- wait 等待的條件發生變化，也容易造成程式邏輯的混亂
經典案例：生產者/消費者模式實現
實戰：等待/通知之交叉備份
建立 20 個執行緒，其中 10 個執行緒是將資料備份到 A 資料中，另外 10 個執行緒是將資料備份到 B 資料庫中，並且備份 A 資料庫和 B 資料庫是交叉進行的。
public class DBTools {
// 確保備份 "★★★★★" 首先執行，然後與 "☆☆☆☆☆" 交替進行備份
volatile private boolean prevIsA = false;
synchronized public void backupA() {
try {
while (prevIsA) {
wait();
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("★★★★★");
}
prevIsA = true;
notifyAll();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
synchronized public void backupB() {
try {
while (!prevIsA) {
wait();
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("☆☆☆☆☆");
}
prevIsA = false;
notifyAll();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}public class BackupA extends Thread {
private DBTools dbTools;
public BackupA(DBTools dbTools) {
super();
this.dbTools = dbTools;
}
@Override
public void run() {
dbTools.backupA();
}
}public class BackupB extends Thread {
private DBTools dbTools;
public BackupB(DBTools dbTools) {
super();
this.dbTools = dbTools;
}
@Override
public void run() {
dbTools.backupB();
}
}public class Run {
public static void main(String[] args) {
DBTools dbTools = new DBTools();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
BackupB output = new BackupB(dbTools);
output.start();
BackupA input = new BackupA(dbTools);
input.start();
}
}
}