线程间通信

线程是操作系统调度的最小单位，有自己的栈空间，可以按照既定

的代码逐步执行，但是如果每个线程间都孤立地运行，就会造资源浪

费。

所以在现实中，如果需要多个线程按照指定的规则共同完成一个任

务，那么这些线程之间就需要互相协调，这个过程被称为线程的通信。

线程的通信可以被定义为：当多个线程共同操作共享的资源时，线

程间通过某种方式互相告知自己的状态，以避免无效的资源争夺。

线程间通信的方式可以有很多种：等待-通知、共享内存、管道

流。每种方式用不同的方法来实现，这里首先介绍等待-通知的通信方

式。

“等待-通知”通信方式是Java中使用普遍的线程间通信方式，其经典

的案例是“生产者-消费者”模式

Java语言中“等待-通知”方式的线程间通信使用对象的wait()、

notify()两类方法来实现。每个Java对象都有wait()、notify()两类实例方

法，并且wait()、notify()方法和对象的监视器是紧密相关的。

Java中的wait和notify方法是线程间通信和同步的核心机制，它们位于java.lang.Object类中，允许线程在特定条件下挂起和恢复执行。以下是这两个方法的原理及使用例子：

wait方法

• 当一个线程调用对象的wait()方法时，它会释放该对象的监视器锁（也称为对象锁或 intrinsic lock），并进入等待（阻塞）状态。
• 调用wait()方法必须在同步代码块（即synchronized修饰的代码块或方法）内进行，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。
• 线程调用wait()时，会一直等待，直到其他线程调用同一个对象上的notify()或notifyAll()方法，或者超过指定的等待时间（如果有传递超时参数给wait(long timeout)）。

例如：

class SharedResource {
    private boolean dataAvailable = false;

    public synchronized void produce() {
        while (dataAvailable) { // 数据已满，生产者线程等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt(); // 处理中断
            }
        }

        // 生产数据...
        dataAvailable = true;

        // 唤醒等待的消费者线程
        notify();
    }

    public synchronized void consume() {
        while (!dataAvailable) { // 数据为空，消费者线程等待
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }

        // 消费数据...
        dataAvailable = false;

        // 唤醒等待的生产者线程
        notify();
    }
}

在这个例子中，有两个线程分别扮演生产者和消费者的角色，共享一个资源。生产者在资源已满时调用wait()，释放锁并等待；消费者在资源空时同样调用wait()。当资源状态改变时，相应线程通过调用notify()来唤醒对方。

notify方法

• notify()方法用于唤醒正在等待（因为调用了wait()）同一对象监视器锁的一个线程。
• 它并不能确切指定唤醒哪个线程，而是从等待集合中随机选择一个线程，将其移出等待队列并放入可运行队列，然后该线程有机会获取锁并继续执行。

如果需要唤醒所有等待的线程，则应使用notifyAll()方法，它会唤醒所有等待在该对象上的线程。

注意：

• 使用wait()和notify()时必须正确处理异常，并且通常建议在循环中检查条件，因为即使线程被唤醒，条件可能仍未满足。
• 这些方法基于“先入先出”（FIFO）原则，但不保证绝对的公平性，且在JDK的不同版本中其行为可能会有所变化。
• 在现代Java编程中，推荐使用更高级别的同步框架如java.util.concurrent包下的工具类（如Semaphore、CountDownLatch、BlockingQueue等）来替代直接使用wait()和notify()，这些工具类通常提供了更好的可读性和更强的线程同步控制能力。