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线程间通信

  概念: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。

  比如:线程A用来生成包子的,线程B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。

  为什么要处理线程间通信:

    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来共同完成一项任务时,我们都知道执行任务时一般都是按规律或者规则来执行,所以多线程执行任务也是一样,需要规律来协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一项任务(一份数据)。

  如何保证线程间通信有效执行任务(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。 因为多个线程在操作同一份数据时, 要避免对同一共享变量的争夺。因此我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制

等待唤醒机制

  什么时等待唤醒机制

    这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是故事的全部,线程间也会有协作机制,就是在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态(wait()), 等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒(notify());在有多个线程进行等待时, 如果需要,可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程

    wait/notify 就是线程间的一种协作机制

等待唤醒中的方法

  等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的,使用到的3个方法的含义如下

    1. wait:线程不再活动,不再参与调度,进入 wait set 中,因此不会浪费 CPU 资源,也不会去竞争锁了,这时的线程状态即是WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即是“通知(notify)”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中

    2. notify:则选取所通知对象的 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。

    3. notifyAll:则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

    注意:哪怕只通知了一个等待的线程,被通知线程也不能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而此刻它已经不再持有锁,所以需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),获取锁成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行

  总结:如果能获取锁,线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态; 否则,从 wait set 出来,又进入 entry set,线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态

调用wait和notify方法需要注意的细节

  1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对 象调用的wait方法后的线程。

  2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为: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。

  3. wait方法与notify方法必须要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。

等待唤醒机制是“生产者与消费者之间的关系”

  就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源:

    包子铺线程生产包子,吃货线程消费包子。当包子没有时(包子状态为false),吃货线程等待,包子铺线程生产包子 (即包子状态为true),并通知吃货线程(解除吃货的等待状态),因为已经有包子了,那么包子铺线程进入等待状态。 接下来,吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁,那么就执行吃包子动作,包子吃完(包 子状态为false),并通知包子铺线程(解除包子铺的等待状态),吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况

包子类

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1 package demosummary.waitingandwake;
2
3 /**
4     包子铺线程生产包子,吃货线程消费包子。当包子没有时(包子状态为false),吃货线程等待,
5     包子铺线程生产包子 (即包子状态为true)
6     并通知吃货线程(解除吃货的等待状态),因为已经有包子了,那么包子铺线程进入等待状态。
7     接下来,吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。
8     如果吃货获取到锁,那么就执行吃包子动作,包子吃完(包 子状态为false),并通知包子铺线程(解除包子铺的等待状态),
9     吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况
10  */
11 public class BaoZi {
12     private String pi;
13     private String xian;
14     boolean flag = false;
15
16     public BaoZi() {
17     }
18
19     public BaoZi(String pi, String xian, boolean flag) {
20         this.pi = pi;
21         this.xian = xian;
22         this.flag = flag;
23     }
24
25     public String getPi() {
26         return pi;
27     }
28
29     public void setPi(String pi) {
30         this.pi = pi;
31     }
32
33     public String getXian() {
34         return xian;
35     }
36
37     public void setXian(String xian) {
38         this.xian = xian;
39     }
40
41     public boolean isFlag() {
42         return flag;
43     }
44
45     public void setFlag(boolean flag) {
46         this.flag = flag;
47     }
48
49     @Override
50     public String toString() {
51         return "BaoZi{" +
52                 "pi='" + pi + '\'' +
53                 ", xian='" + xian + '\'' +
54                 ", flag=" + flag +
55                 '}';
56     }
57 }
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包子铺类

复制代码
1 package demosummary.waitingandwake;
2
3 public class BaoZiPu extends Thread{
4     private BaoZi bz;
5
6     public BaoZiPu(String name, BaoZi bz) {
7         super(name);
8         this.bz = bz;
9     }
10
11     @Override
12     public void run() {
13         //定义一个变量来判断做什么皮和馅的包子
14         int count = 0;
15         while (true) {
16             synchronized (bz) {
17                 if (bz.flag == true) {//包子存在
18                     try {
19                         bz.wait();//进入等待状态,既不需要做包子
20                     } catch (InterruptedException e) {
21                         e.printStackTrace();
22                     }
23                 }
24                 //没有包子,包子铺开始做包子
25                 System.out.println("包子铺开始做包子");
26                 //判断做什么包子
27                 if (count != 0) {
28                     //做冰皮蛋黄包子
29                     bz.setPi("冰皮");
30                     bz.setXian("蛋黄");
31                 } else {
32                     //做薄皮豆沙馅
33                     bz.setPi("薄皮");
34                     bz.setXian("豆沙");
35                 }
36                 count++;
37                 //改变包子的状态为有包子
38                 bz.flag = true;
39                 System.out.println("包子做好了:"+bz.getPi()+bz.getXian()+"包子");
40                 System.out.println("请等待的顾客可以来拿包子了");
41                 bz.notify();
42             }
43         }
44     }
45 }
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顾客类

复制代码
1 package demosummary.waitingandwake;
2
3 public class GuKe extends Thread{
4     private BaoZi bz;
5
6     public GuKe(String name, BaoZi bz) {
7         super(name);
8         this.bz = bz;
9     }
10
11     @Override
12     public void run() {
13         while (true) {
14             synchronized (bz) {
15                 if (bz.flag == false) {
16                     try {
17                         bz.wait();
18                     } catch (InterruptedException e) {
19                         e.printStackTrace();
20                     }
21                 }
22
23                 System.out.println("顾客已拿到" + bz.getPi() + bz.getXian()+"包子");
24                 bz.flag = false;
25                 bz.notify();
26             }
27         }
28     }
29 }
复制代码
测试类

复制代码
1 package demosummary.waitingandwake;
2
3 public class Test {
4     public static void main(String[] args) {
5         //创建包子、包子铺、顾客对象
6         BaoZi baoZi = new BaoZi();
7         BaoZiPu baoZiPu = new BaoZiPu("包子铺", baoZi);
8         GuKe guKe = new GuKe("顾客", baoZi);
9         //调用包子铺和顾客线程
10         baoZiPu.start();
11         guKe.start();
12     }
13 }
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