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Java线程协作的方式有哪些?

为什么线程之间需要协作线程之间相互配合,完成某项工作,比如:一个线程修改了一个对象的值,而另一个线程感知到了变化,然后进行相应的操作,整个过程开始于一个线程,而最终执行又是另一个线程。前者是生产者,后者就是消费者,这种模式隔离了“做什么”(What)和“怎么做”(How)。简单的办法是让消费者线程不断地循环检查变量是否符合预期,在while循环中设置不满足的条件,如果条件满足则退出while循环,从而完成消费者的工作。这样进行线程之间的协作却存在如下2个问题:(1)难以确保及时性。(2)难以降低开销。如果

本文目录

    为什么线程之间需要协作

    线程之间相互配合,完成某项工作,比如:一个线程修改了一个对象的值,而另一个线程感知到了变化,然后进行相应的操作,整个过程开始于一个线程,而最终执行又是另一个线程。前者是生产者,后者就是消费者,这种模式隔离了“做什么”(What)和“怎么做”(How)。简单的办法是让消费者线程不断地循环检查变量是否符合预期,在while循环中设置不满足的条件,如果条件满足则退出while循环,从而完成消费者的工作。这样进行线程之间的协作却存在如下2个问题:

    (1)难以确保及时性。

    (2)难以降低开销。如果降低睡眠的时间,比如休眠1毫秒,这样消费者能更加迅速地发现条件变化,但是却可能消耗更多的处理器资源,造成了无端的浪费。

    介绍

    Java中线程协作的最常见的两种方式:利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition

    方法一

    Object中的wait、notify、notifyAll方法定义如下

    • public final native void notify(); public final native void notifyAll(); public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

    • wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,并且为final方法,无法被重写

    • 调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞,并且当前线程必须拥有此对象的monitor(即锁)

    • 调用某个对象的notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程,如果有多个线程都在等待这个对象的monitor,则只能唤醒其中一个线程

    • 调用notifyAll()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程

    • 之所以这三个方法声明在Object类中是因为每个对象都拥有monitor(即锁)

    • 调用某个对象的wait()方法,当前线程必须拥有这个对象的monitor(即锁),因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行

    示例

    public class Test {
        public static Object object = new Object();
        public static void main(String[] args) {
            Thread1 thread1 = new Thread1();
            Thread2 thread2 = new Thread2();
            thread1.start();
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            thread2.start();
        }
        static class Thread1 extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    try {
                        object.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"获取到了锁");
                }
            }
        }
        static class Thread2 extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    object.notify();
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"调用了object.notify()");
                }
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"释放了锁");
            }
        }
    }

    运行结果

    线程Thread-1调用了object.notify()
    线程Thread-1释放了锁
    线程Thread-0获取到了锁       

    方法二

    • Condition是在java 1.5中才出现的,它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition1的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效

    • Condition是个接口,基本的方法就是await()和signal()方法

    • Condition依赖于Lock接口,生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()

    • 调用Condition的await()和signal()方法,都必须在lock保护之内,就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用

    示例

    public class Test {
        private int queueSize = 10;
        private PriorityQueue queue = new PriorityQueue(queueSize);
        private Lock lock = new ReentrantLock();
        private Condition notFull = lock.newCondition();
        private Condition notEmpty = lock.newCondition();
        public static void main(String[] args)  {
            Test test = new Test();
            Producer producer = test.new Producer();
            Consumer consumer = test.new Consumer();
            producer.start();
            consumer.start();
        }
        class Consumer extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                consume();
            }
            private void consume() {
                while(true){
                    lock.lock();
                    try {
                        while(queue.size() == 0){
                            try {
                                System.out.println("队列空,等待数据");
                                notEmpty.await();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                        queue.poll();                //每次移走队首元素
                        notFull.signal();
                        System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");
                    } finally{
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }
        }
        class Producer extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                produce();
            }
            private void produce() {
                while(true){
                    lock.lock();
                    try {
                        while(queue.size() == queueSize){
                            try {
                                System.out.println("队列满,等待有空余空间");
                                notFull.await();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                        queue.offer(1);        //每次插入一个元素
                        notEmpty.signal();
                        System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));
                    } finally{
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }
        }
    }
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