JAVA5多线程---Condition使用---线程通信 --wait及notify方法

JAVA5多线程---Condition使用---线程通信

线程之间除了同步互斥，还要考虑通信。在Java5之前我们的通信方式为：wait 和 notify。那么Condition的优势是支持多路等待，就是我可以定义多个Condition，每个condition控制线程的一条执行通路。传统方式只能是一路等待。我们可以先分析下Java5 Api中的缓冲队列的实现：

假定有一个绑定的缓冲区，它支持 put 和 take 方法。如果试图在空的缓冲区上执行take操作，则在某一个项变得可用之前，线程将一直阻塞；如果试图在满的缓冲区上执行put操作，则在有空间变得可用之前，线程将一直阻塞。我们喜欢在单独的等待 set 中保存put 线程和take 线程，这样就可以在缓冲区中的项或空间变得可用时利用最佳规划，一次只通知一个线程。可以使用两个

Condition

实例来做到这一点。

Java代码

class BoundedBuffer {

final Lock lock = new ReentrantLock();//实例化一个锁对象

final Condition notFull = lock.newCondition(); //实例化两个condition

final Condition notEmpty = lock.newCondition();

final Object[] items = new Object[100];//初始化一个长度为100的队列

int putptr, takeptr, count;

public void put(Object x) throws InterruptedException {

lock.lock();//获取锁

try {

while (count == items.length)

notFull.await();//当计数器count等于队列的长度时，不能在插入，因此等待

items[putptr] = x; //将对象放入putptr索引处

if (++putptr == items.length) putptr = 0;//当索引长度等于队列长度时，将putptr置为0

//原因是，不能越界插入

++count;//没放入一个对象就将计数器加1

notEmpty.signal();//一旦插入就唤醒取数据线程

} finally {

lock.unlock();//最后释放锁

}

}

public Object take() throws InterruptedException {

lock.lock();//获取锁

try {

while (count == 0) //如果计数器等于0那么等待

notEmpty.await();

Object x = items[takeptr]; //取得takeptr索引处对象

if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//当takeptr达到队列长度时，从零开始取

--count;//每取一个讲计数器减1

notFull.signal();//枚取走一个就唤醒存线程

return x;

} finally {

lock.unlock();//释放锁

}

}

}

下面还有一个例子：

启动main,sub2,sub3三个线程，sub2运行完后sub3运行，sub3运行完成后main运行，main运行完成后sub2运行，如此循环往复50次。实现代码如下：

Java代码

import java.util.concurrent.locks.Condition;

import java.util.concurrent.locks.Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConditionCommunication {

/**

* @param args

*/

public static void main(String[] args) {

final Business business = new Business();

new Thread(new Runnable(){

public void run() {

for(int i=0; i<50; i++){

business.sub2(i);

}

}

}).start();

new Thread(new Runnable(){

public void run() {

for(int i=0; i<50; i++){

business.sub3(i);

}

}

}).start();

new Thread(new Runnable(){

public void run() {

for(int i=0; i<50; i++){

business.main(i);

}

}

}).start();

}

static class Business{

private int shouldSub = 1;

private Lock lock = new ReentrantLock();

Condition condition1 = lock.newCondition();

Condition condition2 = lock.newCondition();

Condition condition3 = lock.newCondition();

public void sub2(int i){

try{

lock.lock();

while(shouldSub != 2){

try {

// this.wait();

condition2.await();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

for(int j=1; j<=10; j++){

System.out.println("sub2 thread sequence is " + j + " loop of " + i);

}

shouldSub = 3;

// this.notify();

condition3.signal();

}finally{

lock.unlock();

}

}

public void sub3(int i){

try{

lock.lock();

while(shouldSub != 3){

try {

// this.wait();

condition3.await();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

for(int j=1; j<=20; j++){

System.out.println("sub3 thread sequence is " + j + " loop of " + i);

}

shouldSub = 1;

// this.notify();

condition1.signal();

}finally{

lock.unlock();

}

}

public void main(int i){

try{

lock.lock();

while(shouldSub != 1){

try {

// this.wait();

condition1.await();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

for(int j=1; j<=100; j++){

System.out.println("main thread sequence is " + j + " loop of " + i);

}

shouldSub = 2;

// this.notify();

condition2.signal();

}finally{

lock.unlock();

}

}

}

}

Java 多线程（七） 线程间的通信——wait及notify方法

线程间的相互作用

　　线程间的相互作用：线程之间需要一些协调通信，来共同完成一件任务。

　　Object类中相关的方法有两个notify方法和三个wait方法：

　　http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/Object.html

　　因为wait和notify方法定义在Object类中，因此会被所有的类所继承。

　　这些方法都是final的，即它们都是不能被重写的，不能通过子类覆写去改变它们的行为。

wait()方法

　　wait()方法使得当前线程必须要等待，等到另外一个线程调用notify()或者notifyAll()方法。

　　当前的线程必须拥有当前对象的monitor，也即lock，就是锁。

　　线程调用wait()方法，释放它对锁的拥有权，然后等待另外的线程来通知它（通知的方式是notify()或者notifyAll()方法），这样它才能重新获得锁的拥有权和恢复执行。

　　要确保调用wait()方法的时候拥有锁，即，wait()方法的调用必须放在synchronized方法或synchronized块中。

　　一个小比较：

　　当线程调用了wait()方法时，它会释放掉对象的锁。

　　另一个会导致线程暂停的方法：Thread.sleep()，它会导致线程睡眠指定的毫秒数，但线程在睡眠的过程中是不会释放掉对象的锁的。

notify()方法

　　notify()方法会唤醒一个等待当前对象的锁的线程。

　　如果多个线程在等待，它们中的一个将会选择被唤醒。这种选择是随意的，和具体实现有关。（线程等待一个对象的锁是由于调用了wait方法中的一个）。

　　被唤醒的线程是不能被执行的，需要等到当前线程放弃这个对象的锁。

　　被唤醒的线程将和其他线程以通常的方式进行竞争，来获得对象的锁。也就是说，被唤醒的线程并没有什么优先权，也没有什么劣势，对象的下一个线程还是需要通过一般性的竞争。

　　notify()方法应该是被拥有对象的锁的线程所调用。

　　（This method should only be called by a thread that is the owner of this object's monitor.）

　　换句话说，和wait()方法一样，notify方法调用必须放在synchronized方法或synchronized块中。

　　wait()和notify()方法要求在调用时线程已经获得了对象的锁，因此对这两个方法的调用需要放在synchronized方法或synchronized块中。

　　一个线程变为一个对象的锁的拥有者是通过下列三种方法：

　　1.执行这个对象的synchronized实例方法。

　　2.执行这个对象的synchronized语句块。这个语句块锁的是这个对象。

　　3.对于Class类的对象，执行那个类的synchronized、static方法。

程序实例

　　利用两个线程，对一个整形成员变量进行变化，一个对其增加，一个对其减少，利用线程间的通信，实现该整形变量0101这样交替的变更。

public class NumberHolder
{
private int number;

public synchronized void increase()
{
if (0 != number)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}

// 能执行到这里说明已经被唤醒
// 并且number为0
number++;
System.out.println(number);

// 通知在等待的线程
notify();
}

public synchronized void decrease()
{
if (0 == number)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

}

// 能执行到这里说明已经被唤醒
// 并且number不为0
number--;
System.out.println(number);
notify();
}

}

public class IncreaseThread extends Thread
{
private NumberHolder numberHolder;

public IncreaseThread(NumberHolder numberHolder)
{
this.numberHolder = numberHolder;
}

@Override
public void run()
{
for (int i = 0; i < 20; ++i)
{
// 进行一定的延时
try
{
Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

// 进行增加操作
numberHolder.increase();
}
}

}

public class DecreaseThread extends Thread
{
private NumberHolder numberHolder;

public DecreaseThread(NumberHolder numberHolder)
{
this.numberHolder = numberHolder;
}

@Override
public void run()
{
for (int i = 0; i < 20; ++i)
{
// 进行一定的延时
try
{
Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

// 进行减少操作
numberHolder.decrease();
}
}

}

public class NumberTest
{
public static void main(String[] args)
{
NumberHolder numberHolder = new NumberHolder();

Thread t1 = new IncreaseThread(numberHolder);
Thread t2 = new DecreaseThread(numberHolder);

t1.start();
t2.start();
}

}

　　

　　如果再多加上两个线程呢？

　　即把其中的NumberTest类改为如下：

public class NumberTest
{
public static void main(String[] args)
{
NumberHolder numberHolder = new NumberHolder();

Thread t1 = new IncreaseThread(numberHolder);
Thread t2 = new DecreaseThread(numberHolder);

Thread t3 = new IncreaseThread(numberHolder);
Thread t4 = new DecreaseThread(numberHolder);

t1.start();
t2.start();

t3.start();
t4.start();
}

}

　　运行后发现，加上t3和t4之后结果就错了。

　　为什么两个线程的时候执行结果正确而四个线程的时候就不对了呢？

　　因为线程在wait()的时候，接收到其他线程的通知，即往下执行，不再进行判断。两个线程的情况下，唤醒的肯定是另一个线程；但是在多个线程的情况下，执行结果就会混乱无序。

　　比如，一个可能的情况是，一个增加线程执行的时候，其他三个线程都在wait，这时候第一个线程调用了notify()方法，其他线程都将被唤醒，然后执行各自的增加或减少方法。

　　解决的方法就是：在被唤醒之后仍然进行条件判断，去检查要改的数字是否满足条件，如果不满足条件就继续睡眠。把两个方法中的if改为while即可。

public class NumberHolder
{
private int number;

public synchronized void increase()
{
while (0 != number)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}

// 能执行到这里说明已经被唤醒
// 并且number为0
number++;
System.out.println(number);

// 通知在等待的线程
notify();
}

public synchronized void decrease()
{
while (0 == number)
{
try
{
wait();
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}

}

// 能执行到这里说明已经被唤醒
// 并且number不为0
number--;
System.out.println(number);
notify();
}

}

参考资料

　　圣思园张龙老师Java SE系列视频教程。

NumberThread 类是负责循环输出数字 1-26 的线程一

UpperCharThread 类是负责循环输出大写字母 A-Z 的线程二

LowerCharThread 类是负责循环输出小写字母 a-z 的线程三

现在要实现的是一次输出 数字、大写字母、小写

如：

1 A a

2 B b

. . .

. . .

26 Z z

使用synchronized 和 wait() notify() 完成