线程间的通信机制之等待唤醒(wait / notify)机制

本文介绍了线程间的通信机制,特别是Java中的等待唤醒(wait/notify)机制。详细讲解了wait方法和notify方法的使用,包括它们在同步代码块中的调用要求,以及它们如何控制线程的执行和资源利用。同时,通过生产者与消费者问题的案例,展示了wait和notify在实际问题中的应用。

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概念:

什么叫做线程间的通信:

如果一个线程从头到尾执行完也不和别的线程打交道的话,那就不会有各种安全性问题了。但是协作越来越成为社会发展的大势,一个大任务拆成若干个小任务之后,各个小任务之间可能也需要相互协作最终才能执行完整个大任务。所以各个线程在执行过程中可以相互通信,所谓通信就是指相互交换一些数据或者发送一些控制指令,比如一个线程给另一个暂停执行的线程发送一个恢复执行的指令
线程间的通信有两种情况:
1、一个进程中的线程与另外一个进程中的线程通信,由于两个线程只能访问自己所属进程的地址空间和资源,故等同于进程间的通信。
2、同一个进程中的两个线程进行通信。

为什么要处理线程间通信:

多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。
比如:线程A用来生成包子的,线程B用来吃包子的,包子可以理解为同一资源,线程A与线程B处理的动作,一个
是生产,一个是消费,那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题
在这里插入图片描述
多个线程并发执行时,在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律地执行那么多线程之间需要一些协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。

如何保证线程间通信有效利用资源:

多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就
是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效
的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

等待唤醒(wait / notify)机制

等待唤醒中的方法

  1. wait:线程不再活动,不再参与调度,进入 wait set 中,因此不会浪费 CPU 资源,也不会去竞争锁了,这时
    的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即是“通知(notify)”在这个对象
    上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中
  2. notify:则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放;例如,餐馆有空位置后,等候就餐最久的顾客最先
    入座。
  3. notifyAll:则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

一、wait方法

(1)方法wait()的作用是使当前执行代码的线程进行等待,该方法会将该线程放入”预执行队“中,并且在wait()所在的代码处停止执行,直到接到通知或被中断为止。

(2)在调用wait()之前,线程必须获得该对象级别锁,这是一个很重要的地方,很多时候我们可能会忘记这一点,即只能在同步方法或同步块中调用wait()方法。

(3)还需要注意的是wait()是释放锁的,即在执行到wait()方法之后,当前线程会释放锁,当从wait()方法返回前,线程与其他线程竞争重新获得锁。

二、notify方法

(1)和wait()方法一样,notify()方法也要在同步块或同步方法中调用,即在调用前,线程也必须获得该对象的对象级别锁。

(2)该方法是用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程,如果有多个线程等待,则由线程规划器随机挑选出其中一个呈wait状态的线程,对其发出通知notify,并使它等待获取该对象的对象锁。

(3)这里需要注意的是,执行notify方法之后,当前线程不会立即释放其拥有的该对象锁,而是执行完之后才会释放该对象锁,被通知的线程也不会立即获得对象锁,而是等待notify方法执行完之后,释放了该对象锁,才可以获得该对象锁。

(4)notifyAll()通知所有等待同一共享资源的全部线程从等待状态退出,进入可运行状态,重新竞争获得对象锁。

调用wait和notify方法需要注意的细节
  1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对
    象调用的wait方法后的线程。
  2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继
    承了Object类的。
  3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过锁对象调用这2个方
    法。

生产者与消费者问题

案例

包子铺线程生产包子,吃货线程消费包子。当包子没有时(包子状态为false),吃货线程等待,包子铺线程生产包子
(即包子状态为true),并通知吃货线程(解除吃货的等待状态),因为已经有包子了,那么包子铺线程进入等待状态。
接下来,吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁,那么就执行吃包子动作,包子吃完(包
子状态为false),并通知包子铺线程(解除包子铺的等待状态),吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取
决于锁的获取情况。
1.第一步先创建一个包子类,并给包子两个属性,一个是包子名第二个是包子状态

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