多線程-wait/notify/notifyAll

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引言

在Java中，可以通過配合調用Object對象的wait，notify和notifyAll來實現線程間的通訊。

線上程中調用wait方法，將阻塞帶帶其他線程的通知（其他線程調用notify或notifyAll）。

線上程中調用notify或notifyAll將通知其他線程從wait方法處返回。

Object是所有類的父類，它有5個方法組成了等待/通知機制的核心：notify()，notifyAll()，wait()，wait(long)和wait(long, int)。

在Java中，所有的類都從Object繼承而來，因此所有的類都擁有這些共有方法。而且由於他們都被聲明為final，因此在子類中不能覆寫任何一個方法。

public class Object {    public final native void notify();    public final native void notifyAll();    public final void wait() throws InterruptedException {        wait(0);    }        public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;    public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException {        if (timeout < 0) {            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");        }        if (nanos < 0 || nanos > 999999) {            throw new IllegalArgumentException(                                "nanosecond timeout value out of range");        }        if (nanos > 0) {            timeout++;        }        wait(timeout);    }}

 

wait　　

該方法用來將當前線程置於休眠狀態，直到接到通知或被中斷，在調用wait方法之前，線程必須要獲得該對象層級鎖，否則編譯可以通過，但是運行會拋出異常IllegalMonitorStateException（它是RuntimeException的一個子類，不需要try-catch結構），即只能在同步方法或同步塊中調用wait。進入wait方法後，當前線程阻塞，並立刻釋放鎖。在從wait返回前，線程與其他線程競爭重新獲得鎖。

（1）線程必須要獲得該對象層級鎖

package com.huawei.thread;public class Test36 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Object obj = new Object();obj.wait();}}

運行：

wait(long)/wait(long, int)

顯然，這兩個方法是設定等待逾時時間的，後者在超值時間上加上ns，精度也難以達到，因此，該方法很少使用。對於前者，如果在等待線程接到通知或被中斷之前，已經超過了指定的毫秒數，則它通過競爭重新獲得鎖，並從wait（long）返回。另外，需要知道，如果設定了逾時時間，當wait（）返回時，我們不能確定它是因為接到了通知還是因為逾時而返回的，因為wait（）方法不會返回任何相關的資訊。但一般可以通過設定標誌位來判斷，在notify之前改變標誌位的值，在wait（）方法後讀取該標誌位的值來判斷，當然為了保證notify不被遺漏，我們還需要另外一個標誌位來迴圈判斷是否調用wait（）方法。

 

 

notify

（1）該方法也要在同步方法或同步塊中調用，即在調用前，線程也必須獲得該對象的對象層級鎖，如果調用notify時沒有持有適當的鎖，也會拋出IllegalMonitorStateException。

 執行個體：調用lock對象的notify方法，但是擷取的鎖卻是obj對象，所以拋出異常。

package com.huawei.thread;public class Test36 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Object obj = new Object();Object lock = new Object();synchronized (obj) {lock.notify();}}}

運行：

（2）該方法用來通知那些可能等待該對象的對象鎖的其他線程。如果有多個線程等待，則線程規劃器任意挑選出其中一個wait狀態的線程來發出通知，並使它等待擷取該對象的對象鎖。

package com.huawei.thread;public class Test36 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Object obj = new Object();Thread a = new Thread(new A(obj));Thread b = new Thread(new B(obj));a.setName("a");b.setName("b");a.start();b.start();Thread.sleep(2000);synchronized (obj) {obj.notify();}}}class A implements Runnable {private Object obj;public A(Object obj) {this.obj = obj;}@Overridepublic void run() {synchronized (obj) {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting...");obj.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is end...");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}class B implements Runnable {private Object obj;public B(Object obj) {this.obj = obj;}@Overridepublic void run() {synchronized (obj) {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting...");obj.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is end...");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}　　

運行：（1）首先a和b分別進入wait阻塞（2）2秒之後main線程調用notify通知了一個線程，a被喚醒執行（3）由於notify只能喚醒一個線程，所以b就永久阻塞了

可以看出：當第一個獲得了該對象鎖的wait線程運行完畢以後，它會釋放掉該對象鎖，此時如果該對象沒有再次使用notify語句，則即便該對象已經空閑，其他wait狀態等待的線程由於沒有得到該對象的通知，會繼續阻塞在wait狀態，直到這個對象發出一個notify或notifyAll。這裡需要注意：它們等待的是被notify或notifyAll，而不是鎖。這與下面的notifyAll（）方法執行後的情況不同。 

（3）notify後，當前線程不會馬上釋放該對象鎖，wait所在的線程並不能馬上擷取該對象鎖，要等到notify所線上程退出synchronized代碼塊後，當前線程才會釋放鎖，wait所在的線程也才能可以擷取該對象鎖。

package com.huawei.thread;import java.util.Date;public class Test36 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Object obj = new Object();Thread a = new Thread(new A(obj));Thread b = new Thread(new B(obj));a.setName("a");b.setName("b");a.start();b.start();Thread.sleep(2000);synchronized (obj) {obj.notifyAll();System.out.println(new Date());Thread.sleep(3000);}}}class A implements Runnable {private Object obj;public A(Object obj) {this.obj = obj;}@Overridepublic void run() {synchronized (obj) {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting...");obj.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is end at: " + new Date());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}class B implements Runnable {private Object obj;public B(Object obj) {this.obj = obj;}@Overridepublic void run() {synchronized (obj) {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting...");obj.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is end at: " + new Date());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}　　

運行：可以看出主線程notifyAll之後會sleep(3000)，然後才會釋放鎖，b線程也是在3秒之後才能擷取到鎖。

在實際編程中，我們應該盡量線上程調用notify/notifyAll後，立即退出臨界區釋放鎖，即不要在notify/notifyAll後面再寫一些耗時的代碼。

notifyAll

notifyAll使所有原來在該對象上wait的線程統統退出wait的狀態（即全部被喚醒，不再等待notify或notifyAll，但由於此時還沒有擷取到該對象鎖，因此還不能繼續往下執行），變成等待擷取該對象上的鎖，一旦該對象鎖被釋放（notifyAll線程退出調用了notifyAll的synchronized代碼塊的時候），他們就會去競爭。如果其中一個線程獲得了該對象鎖，它就會繼續往下執行，在它退出synchronized代碼塊，釋放鎖後，其他的已經被喚醒的線程將會繼續競爭擷取該鎖，一直進行下去，直到所有被喚醒的線程都執行完畢。　

wait/notify模式

通常，多線程之間需要協調工作：如果條件不滿足，則等待；當條件滿足時，等待該條件的線程將被喚醒，在Java中，這個模式的實現依賴wait/notify。

synchronized(obj) {　　while(!condition) {　　   obj.wait();　　}　　obj.doSomething();}　　

當線程A獲得obj鎖後，發現條件condition不滿足，無法繼續下一步處理，於是線程A就wait；

另一個線程B中，如果B改改了某些條件，使得線程A的condition條件滿足，就可以喚醒線程A：

synchronized(obj) {　　condition = true;　　obj.notifyAll();}　

為什麼條件測試使用while，而不是if？

執行個體：有兩個線程從List中刪除資料，而只有一個線程向List中添加資料。初始時，List為空白，只有往List中添加了資料之後，才能刪除List中的資料。添加資料的線程向List添加完資料後，調用notifyAll()，喚醒了兩個刪除線程，但是它只添加了一個資料，而現在有兩個喚醒的刪除線程，這時如果使用if會怎樣？

結論：如果用 if 測試List中的資料的個數，則會出現IndexOutofBoundException。越界異常。原因是，List中只有一個資料，第一個刪除線程把資料刪除後，第二個線程再去執行刪除操作時，刪除失敗，從而拋出 IndexOutofBoundException。

 

 

 

另外：

（1）如果要把wait和notify放在一起使用的話，必須先調用notify方法，後調用wait。

（2）假設線程A執行wait，線程B執行notify：如果B先執行了notify然後結束，A執行wait阻塞，那此時A將無法被正常喚醒。（當然可以通過interrupt()方法以拋出異常的方式喚醒A）

 

wait與中斷

請參考《多線程-interrupt(),isInterrupted(),interrupted()》

  

小結

（1）如果線程調用了對象的wait方法，那麼線程便會處於該對象的等待池中，等待池中的線程不會去競爭該對象的鎖。

（2）當有線程調用了對象的notifyAll方法（喚醒所有wait線程）或notify方法（只隨機喚醒一個wait線程），被喚醒的的線程便會進入該對象的鎖池中，鎖池中的線程會去競爭該對象鎖。

（3）優先順序高的線程競爭到對象鎖的機率大，假若某線程沒有競爭到該對象鎖，它還會留在鎖池中

（4）唯有線程再次調用wait方法，它才會重新回到等待池中。而競爭到對象鎖的線程則繼續往下執行，直到執行完了synchronized代碼塊，它會釋放掉該對象鎖，這時鎖池中的線程會繼續競爭該對象鎖。

參考資料

http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17225469

http://blog.csdn.net/oracle_microsoft/article/details/6863662

http://www.cnblogs.com/hapjin/p/5492645.html

 

多線程-wait/notify/notifyAll