Java 中 wait 与 notify 的简单操作

2016-02-15

3.4k words

在我知道wait() 与 notify() 以前，我常常用一种看似很 low 的方式控制线程同步

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while(condition) {
  return ;
}

实际上这个线程是一直在运行的，并没有操作系统概念中的阻塞（Block）。而要实现阻塞（Block）则要借助 Java 线程中的 wait() 操作与 notify() 操作。

相对简单的例子

wait() 操作与 notify() 操作必须在临界区内进行。而 synchronized 需要一个对象用作锁，以区分各个不同的临界区。比如临界区 A 中进行了 wait() 操作，在也必须在临界区A 中进行 notify() 操作。

现看一个例子：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TestThread testThread = new TestThread();
        testThread.start();
        synchronized (testThread) {
            System.out.println("Before wait");
            try {
                testThread.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("All completed!");
    }
}

class TestThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        synchronized (this) {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("notify() Completed");
            notify();
        }
    }
}

例子中用了两次 synchronized ，但两次对应的参数是相同的，所以这两块代码都属于同一个临界区。当执行 wait 操作时，程序进入阻塞状态，在进行 notify 操作前，不会进行下一步，即不会输出All completed!。当 sleep 完成，即过了 5 秒钟后，触发 notify() 操作，打印notify() Completed。此时程序从阻塞状态进入就绪状态，然后进入运行状态，输出All completed!。

注意点:

切记 wait 操作和 notify 操作要在同一个临界区中进行。
在执行 wait 操作时会抛出一个 InterruptedException 的异常，记得捕获。

输出结果参考：

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Before wait
notify() Completed
All completed!

相对复杂的例子

从上面一个例子看出，wait 和 notify 操作实现了进程同步，类似于播放器的暂停(wait)与继续(notify)。只有在 notify 的情况下才能继续 wait 之后的内容，可以保证一些临界值的准确性。

在操作系统概念中，有一个典型的 消费者与生产者 的模型。在一块区域中，最多存放 5 个 unit 的物品，当区域中的物品少于 5 个时，生产者就会生产 1 个 unit 的物品放在区域内；当区域中的物品大于 0 个时，消费者就会从区域中取走 1 个 unit 的物品。

如果用 wait 与 notify 模拟的话，那就是要控制好两者的出现时机。

先看代码：

import java.util.Date;
import java.util.Vector;
/**
* Created by lazzzis on 2/9/16.
*/
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        Producer producer = new Producer();
        producer.start();
        new Consumer(producer).start();
        try {
            Thread.sleep(80);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.exit(0);
    }
}
class Producer extends Thread {
    static final int MAXQUEUE = 5;
    private Vector messages = new Vector();
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                this.putMessage();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private synchronized void putMessage() throws InterruptedException {
        while (messages.size() == MAXQUEUE) {
            System.out.println("I\'m waiting!");
            wait();
        }
        messages.addElement(new Date().toString());
        System.out.println("put message");
        notify();
    }
    public synchronized String getMessage() throws InterruptedException {
        notify();
        while (messages.size() == 0) {
            wait();
        }
        String message = (String) messages.firstElement();
        messages.removeElement(message);
        return message;
    }
}
class Consumer extends Thread {
    Producer producer;
    public Consumer(Producer p) {
        producer = p;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                String message = producer.getMessage();
                System.out.println("Got message: " + message);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注意点:

synchronized对于同一对象的不同方法，算作同样的临界区
两个方法中 notify 和 wait 的顺序相反，如果相同，极有可能发生两者同时处于wait状态，而导致无法触发 notify 的情况。
在 getMessage 中触发 notify 会使触发 wait 的 putMessage 继续运行，相当于一旦有物品被取走，就会通知生产者马上生产一个
在 putMessage 中触发 notify 会使触发 wait 的 getMessage 继续运行，相当于一旦有物品被生产，就会通知消费者马上取走一个。

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