Java多线程&JUCDAY31-18: 等待/唤醒机制的思路分析
在Java多线程编程中,等待/唤醒机制是一种重要的线程间通信方式,它允许一个线程在某个条件不满足时挂起(等待),直到另一个线程改变了这个条件并显式地唤醒它。这一机制主要通过Object
类中的wait()
、notify()
和notifyAll()
方法实现,以及在Java并发包中通过Condition
接口提供的更加灵活的方式实现。
基本概念
wait()
方法:导致当前线程等待,直到其他线程调用此对象的notify()
方法或notifyAll()
方法,或者某个时间量已过。notify()
方法:唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果有多个线程等待,线程调度器任意选择其中一个notify()
。notifyAll()
方法:唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
思路分析
使用场景
等待/唤醒机制通常用于生产者-消费者问题,其中一个或多个生产者线程生成数据,放入缓冲区,而一个或多个消费者线程从缓冲区取出数据进行消费。当缓冲区满时,生产者需要等待;当缓冲区空时,消费者需要等待。
设计策略
- 明确条件:等待和唤醒操作必须围绕着一个明确的条件进行。例如,在生产者-消费者问题中,条件可以是缓冲区的满或空状态。
- 保护条件状态的变量:需要确保访问和修改条件状态的变量时是线程安全的,通常通过同步块或方法实现。
- 循环检查条件:在等待之前和唤醒后检查条件,使用循环(而不是
if
)来检查条件,以应对假唤醒问题。 - 合理使用唤醒:选择
notify()
还是notifyAll()
取决于场景。如果所有等待线程等待的是相同的条件,且每次至多只能有一个线程的操作可以进行,则可以使用notify()
;如果等待的条件有多种,或者有多个线程同时满足条件能够进行工作,则应该使用notifyAll()
。
示例代码
以下是一个简单的生产者-消费者问题的示例,使用wait()
和notifyAll()
方法:
public class WaitNotifyExample {
private LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
private final int LIMIT = 10;
private final Object lock = new Object();
public void produce() throws InterruptedException {
int value = 0;
while (true) {
synchronized (lock) {
while (list.size() == LIMIT) {
lock.wait();
}
list.add(value++);
lock.notifyAll();
}
}
}
public void consume() throws InterruptedException {
while (true) {
synchronized (lock) {
while (list.isEmpty()) {
lock.wait();
}
System.out.println("List size: " + list.size());
int value = list.removeFirst();
System.out.println("Consumed value: " + value);
lock.notifyAll();
}
}
}
}
在这个例子中,生产者在缓冲区满时等待,消费者在缓冲区空时等待。当生产者放入数据或消费者取出数据后,都会通过notifyAll()
唤醒可能在等待的线程。
结论
等待/唤醒机制是多线程编程中实现线程间协作的基本方式之一。通过正确使用wait()
、notify()
和notifyAll()
方法,可以有效地在多个线程之间同步状态,解决线程间的通信问题。在设计使用这一机制的系统时,开发者需要仔细分析条件,保护条件状态,并合理选择唤醒策略。