Java線程間通訊之wait/notify，waitnotify

Java線程間通訊之wait/notify，waitnotify

　　Java中的wait/notify/notifyAll可用來實現線程間通訊，是Object類的方法，這三個方法都是native方法，是平台相關的，常用來實現生產者/消費者模式。先來我們來看下相關定義：

　　　　wait() :調用該方法的線程進入WATTING狀態，只有等待另外線程的通知或中斷才會返回，調用wait()方法後，會釋放對象的鎖。

　　　　wait(long):逾時等待最多long毫秒，如果沒有通知就逾時返回。

　　　　notify() : 通知一個在對象上等待的線程，使其從wait()方法返回，而返回的前提是該線程擷取到了對象的鎖。

　　　　notifyAll()：通知所有等待在該對象上的線程。

一個小例子

　　我們來類比個簡單的例子來說明，我們樓下有個小小的餃子館，生意火爆，店裡有一個廚師，一個服務員，為避免廚師每做好一份，服務員端出去一份，效率太低且浪費體力。現假設廚師每做好10份，服務員就用一個大木盤子端給客戶，每天賣夠100份就打烊收工，廚師服務員各自回家休息。

　　思考一下，要實現該功能，如果不使用等待/通知機制，那麼最直接的方式可能就是，服務員隔一段時間去廚房看看，滿10份就用盤子端出去。這種方式有兩個很大的弊病：

　　1.如果服務員去廚房看的太勤快，服務員太累了，這樣還不如每做一碗就端一碗給客人，大木盤子的作用就體現不出來了。具體表現在實現代碼層面就是：需要不斷的迴圈，浪費處理器資源。

　　2.如果服務員隔很久才去廚房看一下，就無法確保及時性了，可能廚師早都做夠10份了，服務員卻沒觀察到。

　　針對上面這個例子，使用等待/通知機制就合理的多了，廚師每做夠10份，就喊一聲“餃子好了，可以端走啦”。服務員收到通知，就去廚房將餃子端給客人；廚師還沒做夠，即還沒收到廚師的通知，就可以稍微休息下，但也得豎起耳朵等候廚師的通知。　

　

1 package ConcurrentTest; 2 3 import thread.BlockQueue; 4 5 /** 6 * Created by chengxiao on 2017/6/17. 7 */ 8 public class JiaoziDemo { 9 //建立個共用對象做監視器用10 private static Object obj = new Object();11 //大木盤子，一盤最多可盛10份餃子，廚師做滿10份，服務員就可以端出去了。12 private static Integer platter = 0;13 //賣出的餃子總量，賣夠100份就打烊收工14 private static Integer count = 0;15 16 /**17 * 廚師18 */19 static class Cook implements Runnable{20 @Override21 public void run() {22 while(count<100){23 synchronized (obj){24 while (platter<10){25 platter++;26 }27 //通知服務員餃子好了，可以端走了28 obj.notify();29 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--餃子好啦，廚師休息會兒");30 }31 try {32 //線程睡一會，協助服務員線程搶到對象鎖33 Thread.sleep(100);34 } catch (InterruptedException e) {35 e.printStackTrace();36 }37 }38 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工，廚師回家");39 }40 }41 42 /**43 * 服務員44 */45 static class Waiter implements Runnable{46 @Override47 public void run() {48 while(count<100){49 synchronized (obj){50 //廚師做夠10份了，就可以端出去了51 while(platter < 10){52 try {53 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--餃子還沒好，等待廚師通知...");54 obj.wait();55 BlockQueue56 } catch (InterruptedException e) {57 e.printStackTrace();58 }59 }60 //餃子端給客人了，盤子清空61 platter-=10;62 //又賣出去10份。63 count+=10;64 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--服務員把餃子端給客人了");65 }66 }67 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工，服務員回家");68 69 }70 }71 public static void main(String []args){72 Thread cookThread = new Thread(new Cook(),"cookThread");73 Thread waiterThread = new Thread(new Waiter(),"waiterThread");74 cookThread.start();75 waiterThread.start();76 }77 }一個小例子

運行結果

cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒waiterThread--服務員把餃子端給客人了waiterThread--打烊收工，服務員回家cookThread--打烊收工，廚師回家運行結果 運行機制

借用《並發編程的藝術》中的一張圖來瞭解下wait/notify的運行機制

可能有人會對所謂監視器(monitor)，對象鎖(lock)不甚瞭解，在此簡單解釋下：

　　jvm為每一個對象和類都關聯一個鎖，鎖住了一個對象，就是獲得了對象相關聯的監視器。

　　只有擷取到對象鎖，才能拿到監視器，如果擷取鎖失敗了，那麼線程就會進入阻塞隊列中；如果成功拿到對象鎖，也可以使用wait()方法，在監視器上等待，此時會釋放鎖，並進入等地隊列中。

　　關於鎖和監視器的區別，園子裡有個哥們的文章寫得很詳細透徹，在此引用一下，有興趣的童鞋可以瞭解一下鎖和監視器之間的區別 - Java並發

根據上面的圖我們來理一下具體的過程

 　　1.首先，waitThread擷取對象鎖，然後調用wait()方法，此時，wait線程會放棄對象鎖，同時進入對象的等待隊列WaitQueue中;

　　 2.notifyThread線程搶佔到對象鎖，執行一些操作後，調用notify()方法，此時會將等待線程waitThread從等待隊列WaitQueue中移到同步隊列SynchronizedQueue中，waitThread由waitting狀態變為blocked狀態。需要注意的時，notifyThread此時並不會立即釋放鎖，它繼續運行，把自己剩餘的事兒幹完之後才會釋放鎖;

　　3.waitThread再次擷取到對象鎖，從wait()方法返回繼續執行後續的操作;

　　4.一個基於等待/通知機制的線程間通訊的過程結束。

至於notifyAll則是在第二步中將等待隊列中的所有線程移到同步隊列中去。

避免踩坑

　　在使用wait/notify/notifyAll時有一些特別留意的，在此再總結一下：

　　　　1.一定在synchronized中使用wait()/notify()/notifyAll()，也就是說一定要先擷取鎖，這個前面我們講過，因為只有加鎖後，才能獲得監視器。否則jvm也會拋出IllegalMonitorStateException異常。

　　　　2.使用wait()時，判斷線程是否進入wait狀態的條件一定要使用while而不要使用if，因為等待線程可能會被錯誤地喚醒，所以應該使用while迴圈在等待前等待後都檢查喚醒條件是否被滿足，保證安全性。

　　　　3.notify()或notifyAll()方法調用後，線程不會立即釋放鎖。調用只會將wait中的線程從等待隊列移到同步隊列，也就是線程狀態從waitting變為blocked;

　　　　4.從wait()方法返回的前提是線程重新獲得了調用對象的鎖。

後記

　　關於wait/notify的相關內容就介紹到此，在實際使用中，要特別留意上文中提到的幾點，不過一般情況下，我們直接使用wait/notify/notifyAll去完成線程間通訊，生產者/消費者模型的機會不多，因為Java並發包中已經提供了很多優秀精妙的工具，像各種BlockingQueue等等，後面有機會也會詳細介紹的。

　　共勉