多线程通信：JDK中提供的三对线程通信等待/通知机制API详解

后端

2023-12-08 12:13:42

前言

在Java中，多线程是实现并发编程的重要手段。多线程编程中，经常需要多个线程之间进行通信和协作，以完成复杂的任务。线程通信的方式有很多种，其中一种常见的机制就是等待/通知机制。

等待/通知机制概述

等待/通知机制是一种线程间通信的机制，它允许一个线程等待另一个线程通知它某个事件已经发生。等待/通知机制主要通过三个方法来实现：

wait() ：使当前线程等待，直到另一个线程调用notify()或notifyAll()方法。
notify() ：唤醒一个正在等待的线程。
notifyAll() ：唤醒所有正在等待的线程。

等待/通知机制通常用于以下场景：

生产者-消费者问题 ：生产者线程负责生产数据，消费者线程负责消费数据。生产者线程在生产出数据后，需要通知消费者线程可以消费数据了。消费者线程在消费完数据后，需要通知生产者线程可以生产数据了。
读写锁 ：读写锁是一种同步机制，它允许多个线程同时读数据，但只能有一个线程写数据。当写线程需要写数据时，需要通知所有读线程暂停读取数据。当写线程写完数据后，需要通知所有读线程可以继续读取数据。
条件变量 ：条件变量是一种同步机制，它允许线程在满足某些条件时才继续执行。当条件不满足时，线程需要等待其他线程通知它条件已经满足。

等待/通知机制的实现

在Java中，等待/通知机制是通过Object类的wait()、notify()和notifyAll()方法实现的。这三个方法都是Object类的方法，因此所有Java对象都具有等待/通知机制。

wait()方法

wait()方法使当前线程等待，直到另一个线程调用notify()或notifyAll()方法。wait()方法有两个重载方法：

void wait() ：使当前线程等待，直到另一个线程调用notify()或notifyAll()方法。
void wait(long timeout) ：使当前线程等待一段时间，直到另一个线程调用notify()或notifyAll()方法，或者等待时间到。

如果在等待时间到之前另一个线程调用了notify()或notifyAll()方法，那么当前线程将被唤醒并继续执行。如果等待时间到之前另一个线程没有调用notify()或notifyAll()方法，那么当前线程将继续等待。

notify()方法

notify()方法唤醒一个正在等待的线程。notify()方法有一个重载方法：

void notify() ：唤醒一个正在等待的线程。

notify()方法只能唤醒一个正在等待的线程。如果有多个线程正在等待，那么notify()方法将随机唤醒其中一个线程。

notifyAll()方法

notifyAll()方法唤醒所有正在等待的线程。notifyAll()方法有一个重载方法：

void notifyAll() ：唤醒所有正在等待的线程。

notifyAll()方法将唤醒所有正在等待的线程。

等待/通知机制的应用

等待/通知机制可以用于实现各种各样的线程通信场景。下面我们来看一些常见的应用场景。

生产者-消费者问题

生产者-消费者问题是多线程编程中一个经典的问题。生产者线程负责生产数据，消费者线程负责消费数据。生产者线程在生产出数据后，需要通知消费者线程可以消费数据了。消费者线程在消费完数据后，需要通知生产者线程可以生产数据了。

使用等待/通知机制可以很容易地实现生产者-消费者问题。生产者线程在生产出数据后，调用notify()方法通知消费者线程可以消费数据了。消费者线程在消费完数据后，调用notify()方法通知生产者线程可以生产数据了。

读写锁

读写锁是一种同步机制，它允许多个线程同时读数据，但只能有一个线程写数据。当写线程需要写数据时，需要通知所有读线程暂停读取数据。当写线程写完数据后，需要通知所有读线程可以继续读取数据。

使用等待/通知机制可以很容易地实现读写锁。读线程在读取数据之前，需要调用wait()方法等待写线程释放锁。写线程在写数据之前，需要调用wait()方法等待所有读线程释放锁。当写线程写完数据后，需要调用notifyAll()方法通知所有读线程可以继续读取数据。

条件变量

条件变量是一种同步机制，它允许线程在满足某些条件时才继续执行。当条件不满足时，线程需要等待其他线程通知它条件已经满足。

使用等待/通知机制可以很容易地实现条件变量。条件变量可以由一个布尔变量表示，当条件满足时，布尔变量的值为true，否则为false。线程在检查条件是否满足时，需要调用wait()方法等待条件满足。当其他线程改变条件变量的值时，需要调用notify()或notifyAll()方法通知所有正在等待的线程。