Java使用wait() notify()方法操作共享资源详解

Java多个线程共享资源;

  1)wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,并且为final方法,无法被重写。

  2)调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞,并且当前线程必须拥有此对象的monitor(即锁,或者叫管程)

  3)调用某个对象的notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程,如果有多个线程都在等待这个对象的monitor,则只能唤醒其中一个线程;

  4)调用notifyAll()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程;

在Java中,是没有类似于PV操作、进程互斥等相关的方法的。JAVA的进程同步是通过synchronized()来实现的,需要说明的是,Java的synchronized()方法类似于操作系统概念中的互斥内存块,在Java中的Object类对象中,都是带有一个内存锁的,在有线程获取该内存锁后,其它线程无法访问该内存,从而实现Java中简单的同步、互斥操作。明白这个原理,就能理解为什么synchronized(this)与synchronized(static XXX)的区别了,synchronized就是针对内存区块申请内存锁,this关键字代表类的一个对象,所以其内存锁是针对相同对象的互斥操作,而static成员属于类专有,其内存空间为该类所有成员共有,这就导致synchronized()对static成员加锁,相当于对类加锁,也就是在该类的所有成员间实现互斥,在同一时间只有一个线程可访问该类的实例。如果需要在线程间相互唤醒就需要借助Object类的wait()方法及nofity()方法。

说了这么一堆,可能似懂非懂,那么接下来用一个例子来说明问题,用多线程实现连续的1,2,1,2,1,2,1,2,1,2输出。

package com.study.thread;
/**
 * 多线程
 * @ClassName: PrintFile
 * @date 2017年10月10日 下午4:05:04
 */
public class PrintFile implements Runnable{
  //当前线程id
  private int id ;
  //共享资源
  public byte[] res ;

  //如果类里写了有参构造器,而任然想保留无参数构造方法,则必须显式的写出该方法。
  public PrintFile() {
    super();
//    System.out.println("我是构造器");
  }

  public PrintFile(int id, byte[] res) {
    //构造器中使用super()/this(),必须放在第一行。
    this();
    this.id = id;
    this.res = res;
  }

  //静态计数器
  public static int count = 5;

  @Override
  public void run() {
    synchronized (res) {
      while(count-->=0){
        try {
          res.notify();//唤醒其他线程中的某一个(唤醒等待res的其他线程,当前线程执行完后要释放锁)
          System.out.println("当前线程id值:"+id);

          res.wait();//当前线程阻塞,等待被唤醒
          System.out.println("现在执行的线程是"+Thread.currentThread().getName()+",--wait()后的代码继续执行:"+id);

        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
      return;
    }
  }
}

测试:

package com.study.thread;

public class PrintFileTest {
 public static void main(String[] args) {
  byte[] res = new byte[]{0,1,2};//共享资源
  PrintFile p1 = new PrintFile(1, res);
  PrintFile p2 = new PrintFile(2, res);

  Thread t1 = new Thread(p1, "a");
  Thread t2 = new Thread(p2, "b");

  t1.start();
  t2.start();
 }
}

结果:

当前线程id值:1
当前线程id值:2
现在执行的线程是a,--wait()后的代码继续执行:1
当前线程id值:1
现在执行的线程是b,--wait()后的代码继续执行:2
当前线程id值:2
现在执行的线程是a,--wait()后的代码继续执行:1
当前线程id值:1
现在执行的线程是b,--wait()后的代码继续执行:2
当前线程id值:2
现在执行的线程是a,--wait()后的代码继续执行:1

下面解释为什么会出现这样的结果:

首先1、2号线程启动,这里假设1号线程先运行run方法获得资源(实际上是不确定的),获得对象a的锁,进入while循环(用于控制输出几轮):

1、此时对象调用它的唤醒方法notify(),意思是这个同步块执行完后它要释放锁,把锁交给等待a资源的线程;

2、输出1;

3、该对象执行等待方法,意思是此时此刻起拥有这个对象锁的线程(也就是这里的1号线程)释放CPU控制权,释放锁,并且线程进入阻塞状态,后面的代码暂时不执行,因未执行完同步块,所以1也没起作用;

4、在这之前的某时刻线程2运行run方法,但苦于没有获得a对象的锁,所以无法继续运行,但3步骤之后,它获得了a的锁,此时执行a的唤醒方法notify(),同理,意思是这个同步块执行完后它要释放锁,把锁交给等待a资源的线程;

5、输出2;

6、执行a的等待方法,意思是此时此刻起拥有这个对象锁的线程(也就是这里的2号线程)释放CPU控制权,释放锁,并且线程进入阻塞状态,后面的代码暂时不执行,因未执行完同步块,所以2号线程的4步骤的唤醒方法也没起作用;

7、此时1号线程执行到3步骤,发现对象锁没有被使用,所以继续执行3步骤中wait方法后面的代码,于是输出:------线程1获得锁,wait()后的代码继续运行:1;

8、此时while循环满足条件,继续执行,所以,再执行1号线程的唤醒方法,意思是这个同步块执行完后它要释放锁;

9、输出1;

10、执行等待方法,线程1阻塞,释放资源锁;

11、此时线程2又获得了锁,执行到步骤6,继续执行wait方法后面的代码,所以输出:------线程2获得锁,wait()后的代码继续运行:2;

12、继续执行while循环,输出2;

··· ···

通过上述步骤,相信大家已经明白这两个方法的使用了,但该程序还存在一个问题,当while循环不满足条件时,肯定会有线程还在等待资源,所以主线程一直不会终止。当然这个程序的目的仅仅为了给大家演示这两个方法怎么用。

总结:

wait()方法与notify()必须要与synchronized(resource)一起使用。也就是wait与notify针对已经获取了resource锁的线程进行操作,从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){...}语句块内。从功能上来说wait()线程在获取对象锁后,主动释放CPU控制权,主动释放对象锁,同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程,才能继续获取对象锁,并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的释放操作。【因此,我们可以发现,wait和notify方法均可释放对象的锁,但wait同时释放CPU控制权,即它后面的代码停止执行,线程进入阻塞状态,而notify方法不立刻释放CPU控制权,而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束,再自动释放锁。】释放锁后,JVM会在等待resoure的线程中选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程,释放CPU控制权,主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时,释放了对象锁的控制,而在同步块中的Thread.sleep()方法并不释放锁,仅释放CPU控制权。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

时间: 2017-10-07

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