Java如何使用wait/notify實現線程間通信

本文小編為大家詳細介紹“Java如何使用wait/notify實現線程間通信”，內容詳細，步驟清晰，細節處理妥當，希望這篇“Java如何使用wait/notify實現線程間通信”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學習新知識吧。

線程是操作系統中獨立的個體，但這些個體如果不經過特殊的處理就不能成為一個整體。線程間的通信就是成為整體的必用方案之一，使用線程間進行通信后，系統之間的交互性會更強大，大大提高CPU利用率。

等待/通知機制

（1）不使用等待/通知機制實現線程間通信

樣例代碼如下：

public class TestC2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyList myList = new MyList();
        ThreadA threadA = new ThreadA(myList);
        threadA.setName("A");
        ThreadB threadB = new ThreadB(myList);
        threadB.setName("B");
        threadB.start();
        threadA.start();
    }
}
class MyList {
    volatile private List list = new ArrayList();
    public void add() {
        list.add("NanJing");
    }
    public int size() {
        return list.size();
    }
}
class ThreadA extends Thread {
    private MyList myList;
    public ThreadA(MyList myList) {
        this.myList = myList;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            for (int i=0; i<10; i++) {
                myList.add();
                System.out.println("添加了" + (i+1) + "個元素");
                Thread.sleep(1000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class ThreadB extends Thread {
    private MyList myList;
    public ThreadB(MyList myList) {
        this.myList = myList;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                int myListSize = myList.size();
                if (myListSize == 5) {
                    System.out.println("myList長度等于5了，線程需要退出了");
                    throw new InterruptedException();
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

執行結果：

分析：

程序運行后的效果如上圖所示：

雖然 ThreadA 和 ThreadB 實現了通信，但有一個弊端就是，ThreadB 需要不停地通過 while 語句輪詢機制來檢測某一個條件，這樣會浪費CPU資源。

如果輪詢的時間間隔很小，更浪費CPU資源；如果輪詢的時間間隔很大，有可能會取不到想要得到的數據。所以就需要有一種機制來實現減少CPU的資源浪費，而且還可以實現在多個線程間通信，它就是 “等待/通知”（wait/notify）機制。

（2）什么是等待/通知機制

等待/通知機制在生活中比比皆是，比如在就餐時就會出現

廚師和服務員之間的交互要在 “菜品傳遞臺”上，在這期間會有幾個問題：

問題一：廚師做完一道菜的時間不確定，所以廚師將菜品放到“菜品傳遞臺”上的時間也不確定。

問題二：服務員取到菜的時間取決于廚師，所以服務員就有“等待”（wait）的狀態。

問題三：服務員如何能取到菜呢？這又得取決于廚師，廚師將菜放在“菜品傳遞臺”上，其實就相當于一種通知（notfiy），這時服務員才可以拿到菜并交給就餐者。

問題四：在這個過程中出現了“等待/通知”機制。

（3）等待/通知機制的實現

方法wait()的作用是使當前執行代碼的線程進行等待，wait()方法是Object類的方法，該方法用來將當前線程置入“預執行隊列”中，并且在wait()所在的代碼行處停止執行，直到接到通知或被中斷為止。在調用wait()之前，線程必須獲取該對象的對象級別鎖，即只能在同步方法或同步塊中調用wait()方法。在執行wait()方法后，當前線程釋放鎖。在從wait()返回前，線程與其他線程競爭重新獲得鎖。如果調用wait()時沒有持有適當的鎖，則拋出 IllegalMonitorStateException，它是 RuntimeException的一個子類，因此，不需要 try-catch 語句進行捕捉異常。

方法notify()也要在同步方法或同步塊中調用，即在調用前，線程也必須獲取該對象的對象級別鎖。如果調用notify()時沒有持有適當的鎖，也會拋出IllegalMonitorStateException。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，則由線程規劃器隨機挑選出其中一個呈wait狀態的線程，對其發出通知notify，并是它等待獲取該對象的對象鎖。需要說明是：在執行notify()方法后，當前線程不會馬上釋放該對象鎖，呈wait狀態的線程也并不能馬上獲取該對象鎖，要等到執行notify()方法的線程將程序執行完，也就是退出synchronized代碼塊后，當前線程才會釋放鎖，而呈wait狀態所在的線程才可以獲取該對象鎖。當第一個獲得了該對象鎖的wait線程運行完畢以后，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，則幾遍該對象已經空閑，其他wait狀態等待的線程由于沒有得到該對象的通知，還會繼續阻塞在wait狀態，直到這個對象發出一個notify 或 notifyAll。

總結一下：

wait：使線程停止運行

notify：使停止的線程繼續運行

驗證1：在調用wait()之前，線程必須獲取該對象的對象級別鎖，即只能在同步方法或同步塊中調用wait()方法。如果調用wait()時沒有持有適當的鎖，則拋出IllegalMonitorStateException。

@Test
public void test1() {
    try {
        String str = new String("");
        str.wait();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

執行結果：

驗證2：調用了wait()，線程會在調用wait()所在的代碼行處停止執行，直到接到通知或被中斷為止。

@Test
public void test2() {
    String lockStr = new String("");
    System.out.println("sync 上面");
    try {
         synchronized (lockStr) {
             System.out.println("進入 sync");
             lockStr.wait();
             System.out.println("wait 下的代碼");
         }
         System.out.println("sync 下面的代碼");
     } catch (InterruptedException e) {
         e.printStackTrace();
     }
}

執行結果：

結果分析：

線程執行了wait()方法后，程序就停止不前，不繼續向下運行了。如何使呈等待wait狀態的線程繼續運行呢？答案就是使用notify()方法。

@Test
public void test3() {
   try {
       Object lock = new Object();
       ThreadC3A threadC3A = new ThreadC3A(lock);
       threadC3A.start();
       Thread.sleep(3000);
       ThreadC3B threadC3B = new ThreadC3B(lock);
       threadC3B.start();
   } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
   }
}
class ThreadC3A extends Thread {
    private Object lock;
    public ThreadC3A(Object lock) {
        this.lock = lock;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("開始 wait，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
                lock.wait();
                System.out.println("結束 wait，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class ThreadC3B extends Thread {
    private Object lock;
    public ThreadC3B(Object lock) {
        this.lock = lock;
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("開始 notify，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
            lock.notify();
            System.out.println("結束 notify，Time=[" + System.currentTimeMillis() + "]");
        }
    }
}

執行結果：
開始 wait，Time=[1659520582642]
開始 notify，Time=[1659520585652]
結束 notify，Time=[1659520585652]
結束 wait，Time=[1659520585656]

驗證3：notify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，則有線程規劃器隨機挑選出其中一個呈wait狀態的線程，對其發出通知notify，并使它等待獲取該對象的對象鎖。

public class TestC5 {
    @Test
    public void test1() {
        Object obj = new Object();
        MyArrayList list = new MyArrayList();
        ThreadC5B threadC5B = new ThreadC5B(obj, list);
        threadC5B.start();
        ThreadC5C threadC5C = new ThreadC5C(obj, list);
        threadC5C.start();
        ThreadC5A threadC5A = new ThreadC5A(obj, list);
        threadC5A.start();
        while (Thread.activeCount() > 1) {
        }
    }
}
class ThreadC5A extends Thread {
    private Object lock;
    private MyArrayList list;
    public ThreadC5A(Object lock, MyArrayList list) {
        this.lock = lock;
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized (lock) {
                for (int i=0; i<10; i++) {
                    list.add();
                    System.out.println("ThreadC5A 新增第[" + (i+1) + "]個元素");
                    if (list.size() == 5) {
                        lock.notify();
                        System.out.println("ThreadC5A 發出通知，通知等待的線程 ThreadC5B 或 ThreadC5C");
                    }
                    Thread.sleep(1000);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class ThreadC5B extends Thread {
    private Object lock;
    private MyArrayList list;
    public ThreadC5B(Object lock, MyArrayList list) {
        this.lock = lock;
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("ThreadC5B 等待被通知");
                    lock.wait();
                    System.out.println("ThreadC5B 收到通知，退出");
                    return;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class ThreadC5C extends Thread {
    private Object lock;
    private MyArrayList list;
    public ThreadC5C(Object lock, MyArrayList list) {
        this.lock = lock;
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("ThreadC5C 等待被通知");
                    lock.wait();
                    System.out.println("ThreadC5C 收到通知，退出");
                    return;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

執行結果：

結果分析：

可以看到處于wait狀態的ThreadC5B線程被通知到繼續執行，而ThreadC5C線程則一直將處于wait狀態，無法繼續執行。倘若我們將ThreadC5A線程中的 lock.notify() 改寫為 lock.notifyAll()，則結果就不一樣，如圖所示：

發現ThreadC5B 和 ThreadC5C線程均獲取到了對象鎖，完成了wait()后面代碼的執行。

驗證4：上圖的結果還可以驗證在執行notify()方法后，當前線程不會馬上釋放該對象鎖，呈wait狀態的線程也并不能馬上獲取該對象鎖，要等到執行notify()方法的線程將程序執行完，也就是退出synchronized代碼塊后，當前線程才會釋放鎖，而呈wait狀態所在的線程才可以獲取該對象鎖。

結果分析：

可以看出 ThreadC5A 線程在list 長度為5的時候，則通知了 ThreadC5B 和 ThreadC5C 兩個處于wait狀態的線程，但是 ThreadC5B 和 ThreadC5C 線程并沒有立馬繼續執行，因為此時 ThreadC5A 并沒有釋放對象鎖，而是繼續執行 synchronized的代碼塊，直到退出synchronized代碼塊后，ThreadC5A 才釋放了對象鎖，ThreadC5B 和 ThreadC5C 獲得對象鎖，才得以繼續執行后續代碼。

讀到這里，這篇“Java如何使用wait/notify實現線程間通信”文章已經介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領會，如果想了解更多相關內容的文章，歡迎關注億速云行業資訊頻道。