Java中的线程间通信机制（等待唤醒机制）

ゝ一纸荒年。 2023-10-07 22:26 46阅读 0赞

## 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。

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### 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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