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Object的wait()/notify()

wait()、notify()、notifyAll()是三个定义在Object类里的方法,可以用来控制线程的状态。

这三个方法最终调用的都是jvm级的native方法。随着jvm运行平台的不同可能有些许差异。

?如果对象调用了wait方法就会使持有该对象的线程把该对象的控制权交出去,然后处于等待状态。

?如果对象调用了notify方法就会通知某个正在等待这个对象的控制权的线程可以继续运行。

?如果对象调用了notifyAll方法就会通知所有等待这个对象控制权的线程继续运行。

---对象的控制权,其实就是我们所说的每一个对象都拥有的管程(Monitor) (个人认为翻译为管程比较的好,依据在JSR133中文版)可以被加锁,并且加锁的粒度是当前的线程,而不是某次操作。

其中wait方法有三个over load方法:wait() wait(long) wait(long,int)

wait方法通过参数可以指定等待的时长。如果没有指定参数,默认一直等待直到被通知。

以下是一个演示代码,以最简洁的方式说明复杂的问题,简要说明下:

1.NotifyThread是用来模拟3秒钟后通知其他等待状态的线程的线程类;

2.WaitThread是用来模拟等待的线程类;

3.等待的中间对象是flag,一个String对象;

main方法中同时启动一个Notify线程和三个wait线程;

package concurrent;public class NotifyTest {    private String flag = "true";    class NotifyThread extends Thread {        public NotifyThread(String name) {            super(name);        }        public void run() {            try {                sleep(3000);// 推迟3秒钟通知            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            flag = "false";            flag.notify();        }    };    class WaitThread extends Thread {        public WaitThread(String name) {            super(name);        }        public void run() {            while (flag != "false") {                System.out.println(getName() + " begin waiting!");                long waitTime = System.currentTimeMillis();                try {                    flag.wait();                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }                waitTime = System.currentTimeMillis() - waitTime;                System.out.println("wait time :" + waitTime);            }            System.out.println(getName() + " end waiting!");        }    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        System.out.println("Main Thread Run!");        NotifyTest test = new NotifyTest();        NotifyThread notifyThread = test.new NotifyThread("notify01");        WaitThread waitThread01 = test.new WaitThread("waiter01");        WaitThread waitThread02 = test.new WaitThread("waiter02");        WaitThread waitThread03 = test.new WaitThread("waiter03");        notifyThread.start();        waitThread01.start();        waitThread02.start();        waitThread03.start();    }}

OK,如果你拿这段程序去运行下的话, 会发现根本运行不了,what happened?满屏的java.lang.IllegalMonitorStateException。

没错,这段程序有很多问题,我们一个个来看。首先,这儿要非常注意的几个事实是:

1.任何一个时刻,对象的控制权(monitor)只能被一个线程拥有。

2.无论是执行对象的wait、notify还是notifyAll方法,必须保证当前运行的线程取得了该对象的控制权(monitor)

3.如果在没有控制权的线程里执行对象的以上三种方法,就会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常。

4.JVM基于多线程,默认情况下不能保证运行时线程的时序性

基于以上几点事实,我们需要确保让线程拥有对象的控制权。也就是说在waitThread中执行wait方法时,要保证waitThread对flag有控制权;在notifyThread中执行notify方法时,要保证notifyThread对flag有控制权。

线程取得控制权的方法有三:

1.执行对象的某个同步实例方法。

2.执行对象对应类的同步静态方法。

3.执行对该对象加同步锁的同步块。

-------上面三种方法,感觉都和synchronized相关。

我们用第三种方法来做说明:

1. 将以上notify和wait方法包在同步块中:

class NotifyThread extends Thread {        public NotifyThread(String name) {            super(name);        }        public void run() {            try {                sleep(3000);// 推迟3秒钟通知            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            synchronized(flag){                flag = "false";                flag.notify();            }                    }    };    class WaitThread extends Thread {        public WaitThread(String name) {            super(name);        }        public void run() {                        synchronized (flag) {                while (flag != "false") {                    System.out.println(getName() + " begin waiting!");                    long waitTime = System.currentTimeMillis();                    try {                        flag.wait();                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    waitTime = System.currentTimeMillis() - waitTime;                    System.out.println("wait time :" + waitTime);                }            }            System.out.println(getName() + " end waiting!");        }    }

我们向前进了一步。问题解决了吗?

好像运行还是报错java.lang.IllegalMonitorStateException。what happened?

这时的异常是由于在针对flag对象同步块中,更改了flag对象的状态所导致的。如下:
flag="false";

flag.notify();

对在同步块中对flag进行了赋值操作,使得flag引用的对象改变,这时候再调用notify方法时,因为没有控制权所以抛出异常。我们可以改进一下,将flag改成一个JavaBean,然后更改它的属性不会影响到flag的引用。我们这里改成数组来试试,也可以达到同样的效果:

private   String flag[] = {"true"};

这时候再运行,不再报异常,但是线程没有结束是吧,没错,还有线程堵塞,处于wait状态。原因很简单,我们有三个wait线程,只有一个notify线程,notify线程运行notify方法的时候,是随机通知一个正在等待的线程,所以,现在应该还有两个线程在waiting。我们只需要将NotifyThread线程类中的flag.notify()方法改成notifyAll()就可以了。notifyAll方法会通知所有正在等待对象控制权的线程。 最终完成版如下:

package concurrent;public class NotifyTest {    private String[] flag = {"true"};    class NotifyThread extends Thread {        public NotifyThread(String name) {            super(name);        }        public void run() {            try {                sleep(3000);// 推迟3秒钟通知            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            synchronized(flag){                flag[0] = "false";                flag.notifyAll();            }                    }    };    class WaitThread extends Thread {        public WaitThread(String name) {            super(name);        }        public void run() {                        synchronized (flag) {                while (flag[0] != "false") {                    System.out.println(getName() + " begin waiting!");                    long waitTime = System.currentTimeMillis();                    try {                        flag.wait();                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    waitTime = System.currentTimeMillis() - waitTime;                    System.out.println("wait time :" + waitTime);                }            }            System.out.println(getName() + " end waiting!");        }    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        System.out.println("Main Thread Run!");        NotifyTest test = new NotifyTest();        NotifyThread notifyThread = test.new NotifyThread("notify01");        WaitThread waitThread01 = test.new WaitThread("waiter01");        WaitThread waitThread02 = test.new WaitThread("waiter02");        WaitThread waitThread03 = test.new WaitThread("waiter03");        notifyThread.start();        waitThread01.start();        waitThread02.start();        waitThread03.start();    }}

另外补充一些摘至其他博客的文章:

在多线程的情况下,由于同一进程的多个线程共享同一片存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突这个严重的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突,有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问。

   wait与notify是java同步机制中重要的组成部分。结合与synchronized关键字使用,可以建立很多优秀的同步模型。

  synchronized(this){ }等价于

public synchronized void method(){.....}

同步分为类级别和对象级别,分别对应着类锁和对象锁。类锁是每个类只有一个,如果static的方法被synchronized关键字修饰,则在这个方法被执行前必须获得类锁;对象锁类同。

首先,调用一个Object的wait与notify/notifyAll的时候,必须保证调用代码对该Object是同步的,也就是说必须在作用等同于synchronized(obj){......}的内部才能够去调用obj的wait与notify/notifyAll三个方法,否则就会报错:

  java.lang.IllegalMonitorStateException:current thread not owner
在调用wait的时候,线程自动释放其占有的对象锁,同时不会去申请对象锁。当线程被唤醒的时候,它才再次获得了去获得对象锁的权利。

所以,notify与notifyAll没有太多的区别,只是notify仅唤醒一个线程并允许它去获得锁,notifyAll是唤醒所有等待这个对象的线程并允许它们去获得对象锁,只要是在synchronied块中的代码,没有对象锁是寸步难行的。其实唤醒一个线程就是重新允许这个线程去获得对象锁并向下运行。

   notifyAll,虽然是对每个wait的对象都调用一次notify,但是这个还是有顺序的,每个对象都保存这一个等待对象链,调用的顺序就是这个链的顺序。其实启动等待对象链中各个线程的也是一个线程,在具体应用的时候,需要注意一下。

  wait(),notify(),notifyAll()不属于Thread类,而是属于Object基础类,也就是说每个对像都有wait(),notify(),notifyAll()的功能。因为都个对像都有锁,锁是每个对像的基础,当然操作锁的方法也是最基础了。

wait(): 等待对象的同步锁,需要获得该对象的同步锁才可以调用这个方法,否则编译可以通过,但运行时会收到一个异常:IllegalMonitorStateException。

调用任意对象的 wait() 方法导致该线程阻塞,该线程不可继续执行,并且该对象上的锁被释放。

notify():唤醒在等待该对象同步锁的线程(只唤醒一个,如果有多个在等待),注意的是在调用此方法的时候,并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程,而是由JVM确定唤醒哪个线程,而且不是按优先级。

调用任意对象的notify()方法则导致因调用该对象的 wait()方法而阻塞的线程中随机选择的一个解除阻塞(但要等到获得锁后才真正可执行)。

notifyAll(): 唤醒所有等待的线程,注意唤醒的是notify之前wait的线程,对于notify之后的wait线程是没有效果的。

通常,多线程之间需要协调工作:如果条件不满足,则等待;当条件满足时,等待该条件的线程将被唤醒。在Java中,这个机制的实现依赖于wait/notify。等待机制与锁机制是密切关联的。

例如:

synchronized(obj) {while(!condition) {obj.wait();}obj.doSomething();}

  当线程A获得了obj锁后,发现条件condition不满足,无法继续下一处理,于是线程A就wait()。
  在另一线程B中,如果B更改了某些条件,使得线程A的condition条件满足了,就可以唤醒线程A :

synchronized(obj) {condition = true;obj.notify();}

需要注意的概念是:
# 调用obj的wait(), notify()方法前,必须获得obj锁,也就是必须写在synchronized(obj){...} 代码段内。# 调用obj.wait()后,线程A就释放了obj的锁,否则线程B无法获得obj锁,也就无法在synchronized(obj){...} 代码段内唤醒A。
# 当obj.wait()方法返回后,线程A需要再次获得obj锁,才能继续执行。
#如果A1,A2,A3都在obj.wait(),则B调用obj.notify()只能唤醒A1,A2,A3中的一个(具体哪一个由JVM决定)。
#obj.notifyAll()则能全部唤醒A1,A2,A3,但是要继续执行obj.wait()的下一条语句,必须获得obj锁,因此,A1,A2,A3只有一个有机会获得锁继续执行,例如A1,其余的需要等待A1释放obj锁之后才能继续执行。
# 当B调用obj.notify/notifyAll的时候,B正持有obj锁,因此,A1,A2,A3虽被唤醒,但是仍无法获得obj锁。直到B退出synchronized块,释放obj锁后,A1,A2,A3中的一个才有机会获得锁继续执行。

谈一下synchronized和wait()、notify()等的关系:

1.有synchronized的地方不一定有wait,notify

2.有wait,notify的地方必有synchronized.这是因为wait和notify不是属于线程类,而是每一个对象都具有的方法,而且,这两个方法都和对象锁有关,有锁的地方,必有synchronized。

另外,注意一点:如果要把notify和wait方法放在一起用的话,必须先调用notify后调用wait,因为如果调用完wait,该线程就已经不是currentthread了。

Object的wait()/notify()