JUC并发编程之等待唤醒机制

爱被打了一巴掌 2023-10-14 09:52 155阅读 0赞

**目录**

1. 线程等待唤醒机制

1.1 使用Object的wait()和notify()方法

1.2 使用Condition接口

1.3 使用LockSupport类

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## 1. 线程等待唤醒机制 ##

在JUC（Java Util Concurrent）并发编程中，线程等待唤醒机制是实现线程之间协作和同步的重要手段。这种机制允许一个线程挂起等待某个条件满足后被唤醒，以及另一个线程在满足某个条件后唤醒等待的线程。在Java中，有多种实现线程等待唤醒机制的方式，包括使用`Object`的`wait()`和`notify()`方法、`Condition`接口以及`LockSupport`类。

### 1.1 使用`Object`的`wait()`和`notify()`方法 ###

`Object`类是Java中所有类的父类，在多线程编程中，我们可以利用`Object`的`wait()`和`notify()`方法实现线程等待唤醒机制。这种方式需要在同步代码块中进行操作，因为`wait()`和`notify()`方法必须在同步块中调用。

public class WaitNotifyExample {
        public static void main(String[] args) {
            final Object lock = new Object();
    
            Thread waitingThread = new Thread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("Waiting thread: Started waiting...");
                    try {
                        lock.wait(); // 线程等待，释放锁
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("Waiting thread: Resumed!");
                }
            });
    
            Thread notifyingThread = new Thread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("Notifying thread: Started notifying...");
                    lock.notify(); // 唤醒等待线程
                    System.out.println("Notifying thread: Finished notifying");
                }
            });
    
            waitingThread.start();
            try {
                Thread.sleep(1000); // 确保等待线程先执行
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            notifyingThread.start();
        }
    }

在上面的示例中，我们创建了两个线程：`waitingThread`和`notifyingThread`。`waitingThread`首先获取锁并调用`lock.wait()`，进入等待状态，并释放了锁。接着，`notifyingThread`获取锁，调用`lock.notify()`唤醒了等待线程。注意，`wait()`和`notify()`方法都必须在`synchronized`块内部使用，否则会抛出`IllegalMonitorStateException`。

### 1.2 使用`Condition`接口 ###

`Condition`接口是Java并发包（java.util.concurrent.locks）中的一部分，它提供了类似于`Object`的`wait()`和`notify()`方法的功能，但更加灵活。可以在一个`Lock`对象上通过`Condition`来实现线程的等待和唤醒。

import java.util.concurrent.locks.Condition;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    public class ConditionExample {
        public static void main(String[] args) {
            final Lock lock = new ReentrantLock();
            final Condition condition = lock.newCondition();
    
            Thread waitingThread = new Thread(() -> {
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println("Waiting thread: Started waiting...");
                    condition.await(); // 线程等待
                    System.out.println("Waiting thread: Resumed!");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            });
    
            Thread notifyingThread = new Thread(() -> {
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println("Notifying thread: Started notifying...");
                    condition.signal(); // 唤醒等待线程
                    System.out.println("Notifying thread: Finished notifying");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            });
    
            waitingThread.start();
            try {
                Thread.sleep(1000); // 确保等待线程先执行
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            notifyingThread.start();
        }
    }

在上述示例中，我们使用了`ReentrantLock`作为锁，通过调用`lock.newCondition()`创建了一个与该锁关联的`Condition`实例。然后，等待线程在等待前调用`condition.await()`进行等待，而唤醒线程通过`condition.signal()`来唤醒等待的线程。

### 1.3 使用`LockSupport`类 ###

`LockSupport`类是Java并发包（java.util.concurrent.locks）中的工具类，它提供了一种基于线程的阻塞和唤醒机制，不需要依赖于特定的对象实例。

`LockSupport`的实现依赖于每个线程持有的一个许可（permit）。线程调用`park()`方法时，如果它持有许可，则立即返回；否则，将会阻塞（挂起）。线程调用`unpark(Thread thread)`方法时，如果线程处于挂起状态且持有许可，则会使其恢复运行。如果线程尚未调用`park()`方法或之前已经调用过`unpark()`方法，并且还持有许可，则后续的`park()`调用将不会阻塞。而Object类实现线程等待唤醒机制中先notify再wait就会一直处于阻塞状态，Condition接口同理。

`LockSupport`使用了类似信号量的机制，只有一个许可可供线程使用。如果一个线程调用了`unpark(Thread thread)`方法，而目标线程还没有调用`park()`方法，那么目标线程在之后调用`park()`方法时将立即返回，而不会阻塞。

在内部实现上，`LockSupport`使用了一些底层的Java本地接口（JNI）来实现线程的挂起和恢复。它通过修改线程的内部状态来达到挂起和恢复线程的目的。

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
    
    public class LockSupportExample {
        public static void main(String[] args) {
            Thread waitingThread = new Thread(() -> {
                System.out.println("Waiting thread: Started waiting...");
                LockSupport.park(); // 线程挂起
                System.out.println("Waiting thread: Resumed!");
            });
    
            Thread notifyingThread = new Thread(() -> {
                System.out.println("Notifying thread: Started notifying...");
                LockSupport.unpark(waitingThread); // 唤醒线程
                System.out.println("Notifying thread: Finished notifying");
            });
    
            waitingThread.start();
            try {
                Thread.sleep(1000); // 确保等待线程先执行
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            notifyingThread.start();
        }
    }