Java多執行緒與併發程式設計總結(一)

藍胖子(liaocan.top)發表於2017-01-12

Java併發程式設計:執行緒間協作的兩種方式:wait、notify、notifyAll和Condition

在前面我們將了很多關於同步的問題,然而在現實中,需要執行緒之間的協作。比如說最經典的生產者-消費者模型:當佇列滿時,生產者需要等待佇列有空間才能繼續往裡面放入商品,而在等待的期間內,生產者必須釋放對臨界資源(即佇列)的佔用權。因為生產者如果不釋放對臨界資源的佔用權,那麼消費者就無法消費佇列中的商品,就不會讓佇列有空間,那麼生產者就會一直無限等待下去。因此,一般情況下,當佇列滿時,會讓生產者交出對臨界資源的佔用權,並進入掛起狀態。然後等待消費者消費了商品,然後消費者通知生產者佇列有空間了。同樣地,當佇列空時,消費者也必須等待,等待生產者通知它佇列中有商品了。這種互相通訊的過程就是執行緒間的協作。

  今天我們就來探討一下Java中執行緒協作的最常見的兩種方式:利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition

  以下是本文目錄大綱:

  一.wait()、notify()和notifyAll()

  二.Condition

  三.生產者-消費者模型的實現

  若有不正之處請多多諒解,並歡迎批評指正。

  請尊重作者勞動成果,轉載請標明原文連結:

  http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920385.html

1)wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,並且為final方法,無法被重寫。

  2)呼叫某個物件的wait()方法能讓當前執行緒阻塞,並且當前執行緒必須擁有此物件的monitor(即鎖)

  3)呼叫某個物件的notify()方法能夠喚醒一個正在等待這個物件的monitor的執行緒,如果有多個執行緒都在等待這個物件的monitor,則只能喚醒其中一個執行緒;

  4)呼叫notifyAll()方法能夠喚醒所有正在等待這個物件的monitor的執行緒;

生產者-消費者模型的實現

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
      
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();
          
        producer.start();
        consumer.start();
    }
      
    class Consumer extends Thread{
          
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
          
        private void consume() {
            while(true){
                synchronized (queue) {
                    while(queue.size() == 0){
                        try {
                            System.out.println("佇列空,等待資料");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.poll();          //每次移走隊首元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("從佇列取走一個元素,佇列剩餘"+queue.size()+"個元素");
                }
            }
        }
    }
      
    class Producer extends Thread{
          
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
          
        private void produce() {
            while(true){
                synchronized (queue) {
                    while(queue.size() == queueSize){
                        try {
                            System.out.println("佇列滿,等待有空餘空間");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.offer(1);        //每次插入一個元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("向佇列取中插入一個元素,佇列剩餘空間:"+(queueSize-queue.size()));
                }
            }
        }
    }
}

Condition是在java 1.5中才出現的,它用來替代傳統的Object的wait()、notify()實現執行緒間的協作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition1的await()、signal()這種方式實現執行緒間協作更加安全和高效。因此通常來說比較推薦使用Condition,在阻塞佇列那一篇博文中就講述到了,阻塞佇列實際上是使用了Condition來模擬執行緒間協作。

  • Condition是個介面,基本的方法就是await()和signal()方法;
  • Condition依賴於Lock介面,生成一個Condition的基本程式碼是lock.newCondition() 
  •  呼叫Condition的await()和signal()方法,都必須在lock保護之內,就是說必須在lock.lock()和lock.unlock之間才可以使用

  Conditon中的await()對應Object的wait();

  Condition中的signal()對應Object的notify();

  Condition中的signalAll()對應Object的notifyAll()。

使用Condition實現

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition notFull = lock.newCondition();
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();
     
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();
          
        producer.start();
        consumer.start();
    }
      
    class Consumer extends Thread{
          
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
          
        private void consume() {
            while(true){
                lock.lock();
                try {
                    while(queue.size() == 0){
                        try {
                            System.out.println("佇列空,等待資料");
                            notEmpty.await();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    queue.poll();                //每次移走隊首元素
                    notFull.signal();
                    System.out.println("從佇列取走一個元素,佇列剩餘"+queue.size()+"個元素");
                } finally{
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
      
    class Producer extends Thread{
          
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
          
        private void produce() {
            while(true){
                lock.lock();
                try {
                    while(queue.size() == queueSize){
                        try {
                            System.out.println("佇列滿,等待有空餘空間");
                            notFull.await();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    queue.offer(1);        //每次插入一個元素
                    notEmpty.signal();
                    System.out.println("向佇列取中插入一個元素,佇列剩餘空間:"+(queueSize-queue.size()));
                } finally{
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
}




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