wait(),notify()和notifyAll()都是java.lang.Object的方法:
wait():Causes the current thread to wait until another thread invokes the notify() method or the notifyAll() method for this object.
notify():Wakes up a single thread that is waiting on this object's monitor.
notifyAll():Wakes up all threads that are waiting on this object's monitor.
这三个方法,都是Java语言提供的实现线程间阻塞(Blocking)和控制进程内调度(inter-process communication)的底层机制。在解释如何使用前,先说明一下两点:
1. 正如Java内任何对象都能成为锁(Lock)一样,任何对象也都能成为条件队列(Condition queue)。而这个对象里的wait(), notify()和notifyAll()则是这个条件队列的固有(intrinsic)的方法。
2.一个对象的固有锁和它的固有条件队列是相关的,为了调用对象X内条件队列的方法,你必须获得对象X的锁。这是因为等待状态条件的机制和保证状态连续性的机制是紧密的结合在一起的。
(An object's intrinsic lock and its intrinsic condition queue are related: in order to call any of the condition queue methods on object X, you must hold the lock on X. This is because the mechanism for waiting for state-based conditions is necessarily tightly bound to the mechanism fo preserving state consistency)
根据上述两点,在调用wait(), notify()或notifyAll()的时候,必须先获得锁,且状态变量须由该锁保护,而固有锁对象与固有条件队列对象又是同一个对象。也就是说,要在某个对象上执行wait,notify,先必须锁定该对象,而对应的状态变量也是由该对象锁保护的。
1. 执行wait, notify时,不获得锁会如何?
publicstaticvoidmain(String[] args)throwsInterruptedException {
Object obj=newObject(); obj.wait(); obj.notifyAll();}
执行以上代码,会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常。
2. 执行wait, notify时,不获得该对象的锁会如何?
publicstaticvoidmain(String[] args)throwsInterruptedException {
Object obj=newObject();
Object lock=newObject();synchronized(lock) {
obj.wait();obj.notifyAll();}}
执行代码,同样会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常。
交替输出 1,2,1,2,1,2
**key: 共有lock对象作为锁对象 作为一个转换条件 另外的num作为执行体
**lock.notifyAll(); lock.wait(); System.out.println(num);
notify() 的关键特性:唤醒此同步锁对象上的线程对象, 若后面还有代码继续进行,直到后续代码执行完毕才会释放锁对象。
publicclassOutputThreadimplementsRunnable {23privateintnum;4privateObject lock;56publicOutputThread(intnum, Object lock) {7super();8this.num =num;9this.lock =lock;10}1112publicvoidrun() {13try{14while(true){15synchronized(lock){16lock.notifyAll();17lock.wait();18System.out.println(num);19}20}21}catch(InterruptedException e) {22//TODO Auto-generated catch block23e.printStackTrace();24}2526}2728publicstaticvoidmain(String[] args){29finalObject lock =newObject();3031Thread thread1 =newThread(newOutputThread(1,lock));32Thread thread2 =newThread(newOutputThread(2, lock));3334thread1.start();35thread2.start();36}3738}
当在obj对象上调用wait操作的时候,就会释放当前持有的锁,并将线程加入到obj所属的条件队列,而后阻塞,直到有其它线程在该obj上调用了notify操作或阻塞线程被中断或wait超时。
当调用Object#notify()方法时,会去唤醒对应对象条件队列中的某个线程,至于唤醒的是哪个线程,这是不确定的,选择是任意性的。当调用Object#notifyAll()方法时,会唤醒条件队列中的所有线程。当唤醒一个线程或所有线程时,这个或这些线程需要自动重新获得原先wait时释放的锁,它(们)并不一定立马就能执行,像其它线程一样,需要等待CPU来调度,需要与其它线程竞争执行前需要获得的锁。
为什么要在循环中wait?有以下几个原因。(以下没看懂)
1、一个对象锁可能用于保护多个状态变量,当它们都需要wait-notify操作时,如果不将wait放到while中就有问题。例如,某对象锁obj保护两种状态变量a和b,当a的条件断言不成立时发生了wait操作,当b的条件断言不成立时也发生了wait操作,两个线程被加入到obj对应的条件队列中,现在若改变状态变量a的某操作发生,在obj上调用了notifyAll操作,obj对应的条件队列里的所有线程均被唤醒,之前等待a的某个或几个线程去判断a的条件断言可能成立了,但b对应的条件断言肯定仍不成立,而此时等待b的线程也被唤醒了,所以需要循环判断b的条件断言是否满足,如果不满足,继续wait。
2、多个线程wait的同一个状态的条件断言。如BlockingQueue场景下,当前队列是空的,多个线程要从里面取元素,于是都wait了。此时另一个线程往里面添加了一个元素,调用了notifyAll操作,唤醒了所有线程,但只有一个线程能拿到那个新加进来的元素,继续走下去,其它的仍需等待。
3、虚假唤醒。在没有被通知、中断或超时的情况下,线程自动苏醒了。虽然这种情况在实践中很少发生,但是必须通过循环检测条件是否满足的方式来防止其发生,如果不满足该条件,则继续等待。
notify操作有两个方法可用,nofity和notifyAll,顾名思义,前者每次唤醒一个线程,后者唤醒所有线程。当唤醒所有线程的时候,会增加上下文切换、锁竞争。但很多时候,使用notify是有风险的,多个线程在同一个条件队列里等待不同的条件断言成立,极可能本该唤醒的线程没唤醒。那么什么时候才能用notify呢?牛人们已经总结好了,需要满足以下两个条件:
1、该对象的条件队列只关联了一个条件断言,且线程被唤醒后执行的代码逻辑是相同的;
2、单进单出。一次notify(这里不是指notify方法)能唤醒的线程至多一个。
对于第一点,在为什么要循环中wait以及为什么notify方法有风险时已经说过了。对于第二点,比如要实现一个类似开/关锁存器(在构造CountDownLatch的时候传入1)的功能,所有线程调用await()操作,最终某一线程调用countDown()操作,该countDown()操作就需要唤醒所有wait的线程。在这种场景下,第二条是不满足的——使用notify方法,其它线程将无法唤醒。
上面说到的都是内置锁,内置条件队列,与之对应的,有显式锁(Lock),显式条件队列(Lock#newCondition())
1、内置锁对象只有一个条件队列,而显式锁可以通过newCondition方法创建多个条件队列,这样就可以避免不同的条件断言关联同一个条件队列造成的问题。
2、如同Lock比内置锁更灵活一样,显式的条件队列也提供了更多的方法供调用(如等待的时候不可被中断的awaitUninterruptibly方法),更多方法参见java.util.concurrent.locks.Condition的JAVA API。
3、Condition也有wait、notify方法,它们从Object类继承而来,一般实际中不会调用这些方法(要调用这些方法必须持有Condition对象的锁,而不是Lock的锁定)以避免混淆。
4、Condition可以继承Lock的公平策略。如new ReentrantLock的时候传入的公平策略参数。当公平策略为true的时候,signal的时候,Condition中的线程唤醒顺序是FIFO的。
至于是选择显式的条件队列还是内置的,如同内置锁和Lock一样,取决于应用是否需要使用内置条件队列无法提供而显式条件队列提供了的特性。如果已使用了Lock,那么使用Condition是自然而然的事情。