JAVA wait(), notify(),sleep詳解

本文轉自：http://blog.csdn.net/zyplus/article/details/6672775

在CSDN開了部落格後，一直也沒在上面發布過文章，直到前一段時間與一位前輩的對話，才發現技術部落格的重要，立志要把CSDN的部落格建好。但一直沒有找到好的開篇的主題，今天再看JAVA線程互斥、同步的時候又有了新的體會，就以他作為開篇吧。

    在JAVA中，是沒有類似於PV操作、進程互斥等相關的方法的。JAVA的進程同步是通過synchronized()來實現的，需要說明的是，JAVA的synchronized()方法類似於作業系統概念中的互斥記憶體塊，在JAVA中的Object類型中，都是帶有一個記憶體鎖的，在有線程擷取該記憶體鎖後，其它線程無法訪問該記憶體，從而實現JAVA中簡單的同步、互斥操作。明白這個原理，就能理解為什麼synchronized(this)與synchronized(static
XXX)的區別了，synchronized就是針對記憶體區塊申請記憶體鎖，this關鍵字代表類的一個對象，所以其記憶體鎖是針對相同對象的互斥操作，而static成員屬於類專有，其記憶體空間為該類所有成員共有，這就導致synchronized()對static成員加鎖，相當於對類加鎖，也就是在該類的所有成員間實現互斥，在同一時間只有一個線程可訪問該類的執行個體。如果只是簡單的想要實現在JAVA中的線程互斥，明白這些基本就已經夠了。但如果需要線上程間相互喚醒的話就需要藉助Object.wait(), Object.nofity()了。

    Obj.wait()，與Obj.notify()必須要與synchronized(Obj)一起使用，也就是wait,與notify是針對已經擷取了Obj鎖進行操作，從文法角度來說就是Obj.wait(),Obj.notify必須在synchronized(Obj){...}語句塊內。從功能上來說wait就是說線程在擷取對象鎖後，主動釋放對象鎖，同時本線程休眠。直到有其它線程調用對象的notify()喚醒該線程，才能繼續擷取對象鎖，並繼續執行。相應的notify()就是對對象鎖的喚醒操作。但有一點需要注意的是notify()調用後，並不是馬上就釋放對象鎖的，而是在相應的synchronized(){}語句塊執行結束，自動釋放鎖後，JVM會在wait()對象鎖的線程中隨機選取一線程，賦予其對象鎖，喚醒線程，繼續執行。這樣就提供了線上程間同步、喚醒的操作。Thread.sleep()與Object.wait()二者都可以暫停當前線程，釋放CPU控制權，主要的區別在於Object.wait()在釋放CPU同時，釋放了對象鎖的控制。

單單在概念上理解清楚了還不夠，需要在實際的例子中進行測試才能更好的理解。對Object.wait()，Object.notify()的應用最經典的例子，應該是三線程列印ABC的問題了吧，這是一道比較經典的面試題，題目要求如下：

建立三個線程，A線程列印10次A，B線程列印10次B,C線程列印10次C，要求線程同時運行，交替列印10次ABC。這個問題用Object的wait()，notify()就可以很方便的解決。代碼如下：

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {         private String name;       private Object prev;       private Object self;         private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {           this.name = name;           this.prev = prev;           this.self = self;       }         @Override      public void run() {           int count = 10;           while (count > 0) {               synchronized (prev) {                   synchronized (self) {                       System.out.print(name);                       count--;                                          self.notify();                   }                   try {                       prev.wait();                   } catch (InterruptedException e) {                       e.printStackTrace();                   }               }             }       }         public static void main(String[] args) throws Exception {           Object a = new Object();           Object b = new Object();           Object c = new Object();           MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);           MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);           MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);                                 new Thread(pa).start();        new Thread(pb).start();        new Thread(pc).start();    }   }  

先來解釋一下其整體思路，從大的方向上來講，該問題為三線程間的同步喚醒操作，主要的目的就是ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA迴圈執行三個線程。為了控制線程執行的順序，那麼就必須要確定喚醒、等待的順序，所以每一個線程必須同時持有兩個對象鎖，才能繼續執行。一個對象鎖是prev，就是前一個線程所持有的對象鎖。還有一個就是自身對象鎖。主要的思想就是，為了控制執行的順序，必須要先持有prev鎖，也就前一個線程要釋放自身對象鎖，再去申請自身對象鎖，兩者兼備時列印，之後首先調用self.notify()釋放自身對象鎖，喚醒下一個等待線程，再調用prev.wait()釋放prev對象鎖，終止當前線程，等待迴圈結束後再次被喚醒。運行上述代碼，可以發現三個線程迴圈列印ABC，共10次。程式啟動並執行主要過程就是A線程最先運行，持有C,A對象鎖，後釋放A,C鎖，喚醒B。線程B等待A鎖，再申請B鎖，後列印B，再釋放B，A鎖，喚醒C，線程C等待B鎖，再申請C鎖，後列印C，再釋放C,B鎖，喚醒A。看起來似乎沒什麼問題，但如果你仔細想一下，就會發現有問題，就是初始條件，三個線程按照A,B,C的順序來啟動，按照前面的思考，A喚醒B，B喚醒C，C再喚醒A。但是這種假設依賴於JVM中線程調度、執行的順序。具體來說就是，在main主線程啟動ThreadA後，需要在ThreadA執行完，在prev.wait()等待時，再切回線程啟動ThreadB，ThreadB執行完，在prev.wait()等待時，再切回主線程，啟動ThreadC，只有JVM按照這個線程運行順序執行，才能保證輸出的結果是正確的。而這依賴於JVM的具體實現。考慮一種情況，如下：如果主線程在啟動A後，執行A，過程中又切回主線程，啟動了ThreadB,ThreadC，之後，由於A線程尚未釋放self.notify，也就是B需要在synchronized(prev)處等待，而這時C卻調用synchronized(prev)擷取了對b的對象鎖。這樣，在A調用完後，同時ThreadB擷取了prev也就是a的對象鎖，ThreadC的執行條件就已經滿足了，會列印C，之後釋放c,及b的對象鎖，這時ThreadB具備了運行條件，會列印B，也就是迴圈變成了ACBACB了。這種情況，可以通過在run中主動釋放CPU，來進行類比。代碼如下：

    public void run() {           int count = 10;           while (count > 0) {               synchronized (prev) {                   synchronized (self) {                       System.out.print(name);                       count--;                      try{                    Thread.sleep(1);                    }                    catch (InterruptedException e){                     e.printStackTrace();                    }                                        self.notify();                   }                   try {                       prev.wait();                   } catch (InterruptedException e) {                       e.printStackTrace();                   }               }             }       }   

    運行後的列印結果就變成了ACBACB了。為了避免這種與JVM調度有關的不確定性。需要讓A,B,C三個線程以確定的順序啟動，最終代碼如下：

  public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {         private String name;       private Object prev;       private Object self;         private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {           this.name = name;           this.prev = prev;           this.self = self;       }         @Override      public void run() {           int count = 10;           while (count > 0) {               synchronized (prev) {                   synchronized (self) {                       System.out.print(name);                       count--;                      try{                    Thread.sleep(1);                    }                    catch (InterruptedException e){                     e.printStackTrace();                    }                                        self.notify();                   }                   try {                       prev.wait();                   } catch (InterruptedException e) {                       e.printStackTrace();                   }               }             }       }         public static void main(String[] args) throws Exception {           Object a = new Object();           Object b = new Object();           Object c = new Object();           MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);           MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);           MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);                                 new Thread(pa).start();        Thread.sleep(10);        new Thread(pb).start();        Thread.sleep(10);        new Thread(pc).start();        Thread.sleep(10);    }   }   

     這樣才可以完美的解決該問題。通過這個例子也是想說明一下，很多理論、概念如Obj.wait(),Obj.notify()等，理解起來，比較簡單，但是在實際的應用當中，這裡卻是往往出現問題的地方。需要更加深入的理解。並在解決問題的過程中不斷加深對概念的掌握。