Java中wait、notify、notifyAll使用详解

Java基础

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2019-5-11

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基础知识

首先我们需要知道,这几个都是Object对象的方法。换言之,Java中所有的对象都有这些方法。

public final native void notify();
public final native void notifyAll();
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
public final void wait() throws InterruptedException {
    wait(0);
}

其中notify()、notifyAll()、wait(long timeout)是本地方法
其次我们需要知道这几个方法主要是用来个线程之间通信的。那可能就有人会问,既然是用来线程之间通信的,那为什么这几个方法不是在线程类Thread上呢?对于这个问题,我们先来看下这几个方法的具体使用方式再来回答这个问题。

用法

Java中规定,在调用者三个方法时,当前线程必须获得对象锁。因此就得配合synchronized关键字来使用

//使用模式,不代表可运行代码
synchronized(object) {
    while(contidion) {
        object.wait();
    }
    //object.notify();
    //object.notifyAll();
}

或者

public synchronized void methodName() {
    while(contidion) {
        object.wait();
    }
    //object.notify();
    //object.notifyAll();
}

在synchronized拿到对象锁之后,synchronized代码块或者方法中,必定是会持有对象锁的,因此就可以使用wait()或者notify()。
通过上述使用方法,我们也能很好理解为什么这几个方法是在Object上而不是在Thread上。因为每个对象都可以作为synchronized锁的对象,因此wait、notify等必须和对象关联才能配合synchronized使用。

作用

方法 作用
wait 线程自动释放占有的对象锁,并等待notify。
notify 随机唤醒一个正在wait当前对象的线程,并让被唤醒的线程拿到对象锁
notifyAll 唤醒所有正在wait当前对象的线程,但是被唤醒的线程会再次去竞争对象锁。因为一次只有一个线程能拿到锁,所有其他没有拿到锁的线程会被阻塞。推荐使用。

实际案例

接下来我们就使用wait()、notify()来实现一个生产者、消费者模式。这个也是面试过程中可能会被问到的地方。至于什么是生产者消费者模式,不明白的同学请自行百度。
首先是一些基础的代码

private static Boolean run = true;//控制是否生产和消费
private static final Integer MAX_CAPACITY = 5;//缓冲区最大数量
private static final LinkedBlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>();//缓冲队列

生产者代码

/**
 * 生产者
 */
class Producter extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (run) {
            synchronized (queue) {
                while (queue.size() >= MAX_CAPACITY * 2) {
                    try {
                        System.out.println("缓冲队列已满,等待消费");
                        queue.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                try {
                    String string = UUID.randomUUID().toString();
                    queue.put(string);
                    System.out.println("生产:" + string);
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                queue.notifyAll();//通知生产者和消费者
            }
        }
    }
}

消费者代码

/**
 * 消费者
 */
class Consumer extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (run) {
            synchronized (queue) {
                while (queue.isEmpty()) {
                    try {
                        System.out.println("队列为空,等待生产");
                        queue.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                try {
                    System.out.println("消费:" + queue.take());
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                queue.notifyAll();//通知生产者和消费者
            }
        }
    }
}

代码说明

1、生产者和消费者都继承了线程Thread,因为wait、notify本身就是线程间通信使用

2、生产者和消费者都有两层while,外层的while是用来判断是否运行生产者和消费者。内存的while用来判断队列queue是否已满或者为空,如果满足条件,则使得当前线程变成等待状态(等待notify)。

3、内层的条件判断为什么用while不用if,原因是当线程被wait之后,会释放对象锁。当等待的线程被notify之后,必须再次尝试去获取对象锁,如果没有获取到对象锁,那还必须等待,直到拿到对象锁之后才能向后执行。

4、当生产者生产了一个数据或者消费者消费了一个数据之后,使用notifyAll()方法来通知所有等待当前对象锁的线程,但是一次只会有一个等待的线程能拿到锁。

5、我们使用queue作为锁的对象在不同线程之间进行通信

代码运行结果

队列为空,等待生产
生产:e422484e-8eb3-4a91-8a7c-97e21d7ef498
生产:7894b802-2529-4798-ba98-9f0657f39240
生产:848f6759-a427-4a94-89dc-3f484daaa467
生产:f711d3dc-972c-4c44-8640-faffe376d354
生产:38a08e62-d774-4ed5-8b51-f1ad534c246f
消费:e422484e-8eb3-4a91-8a7c-97e21d7ef498
消费:7894b802-2529-4798-ba98-9f0657f39240
消费:848f6759-a427-4a94-89dc-3f484daaa467
消费:f711d3dc-972c-4c44-8640-faffe376d354
消费:38a08e62-d774-4ed5-8b51-f1ad534c246f
队列为空,等待生产
生产:9fae26f3-0b6e-4fbd-9620-040667efe0af
生产:95bb1d88-e08a-4f70-a270-f75760994184
消费:9fae26f3-0b6e-4fbd-9620-040667efe0af
消费:95bb1d88-e08a-4f70-a270-f75760994184
队列为空,等待生产
生产:13d304bc-dff3-44a4-9527-2e0facd884e7
生产:2693e069-bae1-4beb-adcd-a3c3bf5d232b
消费:13d304bc-dff3-44a4-9527-2e0facd884e7
消费:2693e069-bae1-4beb-adcd-a3c3bf5d232b

由结果也可以看出来,生产和消费是无规则的,因为虽然notifyAll()通知了所有的等待线程,但是不确定那个线程中能拿到对象锁。但是也有一个很明显的问题,因为同时只有一个线程能拿到对象锁,生产者和消费者不可能同时运行。

作者:君莫笑