Java中的线程间通信机制(等待唤醒机制)

一、线程间通信

1、概述

        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。

例如:线程A是用来生产包子的,线程B是用来吃包子的,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。

 2、为什么要处理线程见通信

        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共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行,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。

3、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。而这种手段被称为“等待唤醒机制”。

二、等待唤醒机制

1、 概念

等待唤醒机制是多个线程间的一种协作机制。

当一个线程完成了规定操作后,就进入等待状态(wait()), 等待其他线程执行完它们的操作后再将其唤醒(notify();当有多个线程等待时, 可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

2、使用到的方法

2.1  wait

wait:使线程不再活动,也不再参与调度,进入等待队列(wait set),直到别的线程执行notify或notifyAll,使其从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)。

2.2 notify

notify:选取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。

注意事项:

1、被notify释放的线程不能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而此刻它已经不持有锁,所以需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。

总结如下:如果能获取锁,线程从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态;否则,从 wait set 出来,线程从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
2、wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。
3、wait方法与notify方法必须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。
4、wait方法与notify方法是属于Object类的方法的,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

三、生产者与消费者

包子类:

public class BaoZi {
    //包子名
    String name;
    //包子状态
    boolean flag;
}

吃货类:

/**
 * 消费者模型
 */
public class ChiHuo extends Thread{
    //资源对象
    BaoZi baozi;

    //定义构造方法:给线程定义名字,同时给BaoZi对象赋值
    public ChiHuo(String threadName,BaoZi bz){
        super(threadName);
        this.baozi=bz;
    }
    /**
     * 吃货线程的功能:
     *      如果包子不存在,线程进入等待状态
     *      如果包子存在,  线程开始吃包子,吃完后更改包子的状态变为不存在,唤醒早餐点线程开始制作包子
     */
    @Override
    public void run() {
        //获取线程的名字
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            synchronized (baozi){
                if (baozi.flag){//包子存在
                    System.out.println(threadName+"正在吃"+baozi.name);//吃包子
                    baozi.flag=false;//更改包子状态
                    baozi.notify();  //唤醒同一资源下的其他线程
                }else {//包子不存在
                    try {
                        baozi.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

早餐店类:

/**
 * 生产者模型
 */
public class ZaoCanDian extends Thread{
    //资源对象
    BaoZi baoZi;

    //定义构造方法:给线程定义名字,同时给BaoZi对象赋值
    public ZaoCanDian(String threadName,BaoZi bz){
        super(threadName);
        this.baoZi=bz;
    }

    /**
     * 早餐店线程的功能:
     *      如果包子存在,线程进入等待状态
     *      如果包子不存在,  线程开始制作包子,制作完毕更改包子的状态为存在,唤醒吃货线程吃包子
     */
    @Override
    public void run() {
        //获取线程的名字
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            synchronized (baoZi){
                if (baoZi.flag){//包子存在
                    try {
                        baoZi.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }else {//包子不存在
                    System.out.println(threadName+"制作"+baoZi.name);//制作包子
                    baoZi.flag=true;//更改包子状态
                    baoZi.notify(); //唤醒同一资源下的其他线程
                }
            }
        }
    }
}

测试类:

public class ThreadTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        //实例化包子对象
        BaoZi bz = new BaoZi();
        //赋值
        bz.name="鲜肉包";
        bz.flag=false;

        //实例化ChiHuo和ZaoCanDian线程对象
        ChiHuo ch =new ChiHuo("猪八戒",bz);
        ZaoCanDian zcd = new ZaoCanDian("春光早餐",bz);

        //启动线程
        ch.start();
        zcd.start();

    }
}

运行结果如下:

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