多线程通信中的Wait/Notify：巧用“沉睡”与“唤醒”来实现线程协作
2023-11-08 13:47:24
Wait/Notify：协调线程间协奏曲的交响乐
在多线程的世界中，线程之间的有效沟通和协作至关重要。Java为我们提供了Wait/Notify机制，这是一种巧妙的协奏曲，使用“沉睡”和“唤醒”来协调线程的交互。
基础概念
- Wait() 方法： 当一个线程调用 wait() 方法时，它会放弃对锁的持有，进入“沉睡”状态，直到被其他线程唤醒或满足特定条件。在这期间，线程不会占用 CPU 资源或执行任何代码。
- Notify() 方法： 当一个线程调用 notify() 方法时，它会唤醒一个正在等待的线程。被唤醒的线程将重新获得锁并继续执行。
- NotifyAll() 方法： 当一个线程调用 notifyAll() 方法时，它会唤醒所有正在等待的线程。所有被唤醒的线程都将重新获得锁并继续执行。
工作原理
Wait/Notify 机制的核心是使用锁和条件变量来协调线程之间的通信和同步。每个对象都有一个关联的锁，线程必须先获取该锁才能访问对象。当一个线程调用 wait() 方法时，它会释放锁，进入“沉睡”状态。当另一个线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法时，被唤醒的线程将重新获得锁并继续执行。
实战应用：生产者-消费者模型
生产者-消费者模型是多线程编程的一个经典示例，它模拟了数据在生产者和消费者之间的传递。在这个模型中，生产者线程不断生产数据，而消费者线程不断消费数据。为了确保数据的完整性和一致性，我们使用 Wait/Notify 机制来协调生产者和消费者线程之间的通信和同步。
生产者线程
public class Producer implements Runnable {
private Buffer buffer;
public Producer(Buffer buffer) {
this.buffer = buffer;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
synchronized (buffer) {
while (buffer.isFull()) {
try {
buffer.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
buffer.put(i);
buffer.notifyAll();
}
}
}
}
消费者线程
public class Consumer implements Runnable {
private Buffer buffer;
public Consumer(Buffer buffer) {
this.buffer = buffer;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
synchronized (buffer) {
while (buffer.isEmpty()) {
try {
buffer.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
int value = buffer.get();
buffer.notifyAll();
}
System.out.println("Consumed: " + value);
}
}
}
运行结果：
Consumed: 0
Consumed: 1
Consumed: 2
Consumed: 3
Consumed: 4
Consumed: 5
Consumed: 6
Consumed: 7
Consumed: 8
Consumed: 9
常见问题和解决方案
1. 死锁
死锁发生在两个或多个线程都等待对方释放锁，导致所有线程都无法继续执行。为了避免死锁，我们必须确保线程按正确的顺序获取和释放锁。
2. 虚假唤醒
虚假唤醒是指一个线程被唤醒，但发现它不应该被唤醒。这可能是因为另一个线程在唤醒它之前改变了共享数据的状态。为了避免虚假唤醒，我们应该在 wait() 方法之前使用 while 循环检查共享数据的状态，以确保我们确实应该被唤醒。
3. 竞争条件
竞争条件是指两个或多个线程同时访问共享数据，并且它们的访问会导致不一致的结果。为了避免竞争条件，我们必须使用锁来控制对共享数据的访问。
结论
Wait/Notify 机制是 Java 多线程编程中的一项有力工具，它让我们能够实现线程之间的通信和同步。通过理解其基本概念、工作原理和具体应用，我们可以掌握 Wait/Notify 机制的强大功能，并构建出健壮可靠的多线程应用程序。
常见问题解答
-
Wait/Notify 机制如何与锁配合使用？
Wait/Notify 机制与锁密切相关。当一个线程调用 wait() 方法时，它会释放锁；当一个线程被唤醒时，它会重新获得锁。 -
我怎样才能避免虚假唤醒？
在调用 wait() 方法之前，使用 while 循环检查共享数据的状态，以确保线程确实应该被唤醒。 -
Wait/Notify 机制有什么局限性？
Wait/Notify 机制可能会遇到死锁或虚假唤醒的问题。 -
还有哪些替代 Wait/Notify 机制的多线程通信方法？
其他选择包括 ReentrantLock、Semaphore 和 BlockingQueue。 -
在使用 Wait/Notify 机制时，我应该注意什么最佳实践？
始终使用锁来控制对共享数据的访问，并且在 wait() 方法之前检查共享数据的状态。
