Java使用wait() notify()方法操作共享資源詳解

Java多個線程共享資源；

　　1）wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法，并且為final方法，無法被重寫。

　　2）調用某個對象的wait()方法能讓當前線程阻塞，并且當前線程必須擁有此對象的monitor（即鎖，或者叫管程）

　　3）調用某個對象的notify()方法能夠喚醒一個正在等待這個對象的monitor的線程，如果有多個線程都在等待這個對象的monitor，則只能喚醒其中一個線程；

　　4）調用notifyAll()方法能夠喚醒所有正在等待這個對象的monitor的線程； 

        在Java中，是沒有類似于PV操作、進程互斥等相關的方法的。JAVA的進程同步是通過synchronized()來實現的，需要說明的是，Java的synchronized()方法類似于操作系統概念中的互斥內存塊，在Java中的Object類對象中，都是帶有一個內存鎖的，在有線程獲取該內存鎖后，其它線程無法訪問該內存，從而實現Java中簡單的同步、互斥操作。明白這個原理，就能理解為什么synchronized(this)與synchronized(static XXX)的區別了，synchronized就是針對內存區塊申請內存鎖，this關鍵字代表類的一個對象，所以其內存鎖是針對相同對象的互斥操作，而static成員屬于類專有，其內存空間為該類所有成員共有，這就導致synchronized()對static成員加鎖，相當于對類加鎖，也就是在該類的所有成員間實現互斥，在同一時間只有一個線程可訪問該類的實例。如果需要在線程間相互喚醒就需要借助Object類的wait()方法及nofity()方法。

說了這么一堆，可能似懂非懂，那么接下來用一個例子來說明問題，用多線程實現連續的1,2,1,2,1,2,1,2,1,2輸出。

package com.study.thread;
/**
 * 多線程
 * @ClassName: PrintFile 
 * @date 2017年10月10日 下午4:05:04
 */
public class PrintFile implements Runnable{
  //當前線程id
  private int id ;
  //共享資源
  public byte[] res ;
  
  //如果類里寫了有參構造器，而任然想保留無參數構造方法，則必須顯式的寫出該方法。
  public PrintFile() {
    super();
//    System.out.println("我是構造器"); 
  }

  public PrintFile(int id, byte[] res) {
    //構造器中使用super()/this(),必須放在第一行。
    this(); 
    this.id = id;
    this.res = res;
  }

  //靜態計數器
  public static int count = 5;
  
  @Override
  public void run() {
    synchronized (res) {
      while(count-->=0){
        try {
          res.notify();//喚醒其他線程中的某一個（喚醒等待res的其他線程，當前線程執行完后要釋放鎖）
          System.out.println("當前線程id值："+id);
          
          res.wait();//當前線程阻塞，等待被喚醒
          System.out.println("現在執行的線程是"+Thread.currentThread().getName()+",--wait()后的代碼繼續執行:"+id);
          
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
      return; 
    }
  }
}

測試：

package com.study.thread;

public class PrintFileTest {
 public static void main(String[] args) {
  byte[] res = new byte[]{0,1,2};//共享資源
  PrintFile p1 = new PrintFile(1, res);
  PrintFile p2 = new PrintFile(2, res);
  
  Thread t1 = new Thread(p1, "a");
  Thread t2 = new Thread(p2, "b");
    
  t1.start();
  t2.start();
 }
}

結果：

當前線程id值：1
當前線程id值：2
現在執行的線程是a,--wait()后的代碼繼續執行:1
當前線程id值：1
現在執行的線程是b,--wait()后的代碼繼續執行:2
當前線程id值：2
現在執行的線程是a,--wait()后的代碼繼續執行:1
當前線程id值：1
現在執行的線程是b,--wait()后的代碼繼續執行:2
當前線程id值：2
現在執行的線程是a,--wait()后的代碼繼續執行:1

下面解釋為什么會出現這樣的結果：

首先1、2號線程啟動，這里假設1號線程先運行run方法獲得資源（實際上是不確定的），獲得對象a的鎖，進入while循環（用于控制輸出幾輪）：

1、此時對象調用它的喚醒方法notify()，意思是這個同步塊執行完后它要釋放鎖，把鎖交給等待a資源的線程；

2、輸出1；

3、該對象執行等待方法，意思是此時此刻起擁有這個對象鎖的線程（也就是這里的1號線程）釋放CPU控制權，釋放鎖，并且線程進入阻塞狀態，后面的代碼暫時不執行，因未執行完同步塊，所以1也沒起作用；

4、在這之前的某時刻線程2運行run方法，但苦于沒有獲得a對象的鎖，所以無法繼續運行，但3步驟之后，它獲得了a的鎖，此時執行a的喚醒方法notify(),同理，意思是這個同步塊執行完后它要釋放鎖，把鎖交給等待a資源的線程；

5、輸出2；

6、執行a的等待方法，意思是此時此刻起擁有這個對象鎖的線程（也就是這里的2號線程）釋放CPU控制權，釋放鎖，并且線程進入阻塞狀態，后面的代碼暫時不執行，因未執行完同步塊，所以2號線程的4步驟的喚醒方法也沒起作用；

7、此時1號線程執行到3步驟，發現對象鎖沒有被使用，所以繼續執行3步驟中wait方法后面的代碼，于是輸出：------線程1獲得鎖，wait()后的代碼繼續運行：1；

8、此時while循環滿足條件，繼續執行，所以，再執行1號線程的喚醒方法，意思是這個同步塊執行完后它要釋放鎖；

9、輸出1；

10、執行等待方法，線程1阻塞，釋放資源鎖；

11、此時線程2又獲得了鎖，執行到步驟6，繼續執行wait方法后面的代碼，所以輸出：------線程2獲得鎖，wait()后的代碼繼續運行：2；

12、繼續執行while循環，輸出2；

··· ···

通過上述步驟，相信大家已經明白這兩個方法的使用了，但該程序還存在一個問題，當while循環不滿足條件時，肯定會有線程還在等待資源，所以主線程一直不會終止。當然這個程序的目的僅僅為了給大家演示這兩個方法怎么用。

總結：

 wait()方法與notify()必須要與synchronized(resource)一起使用。也就是wait與notify針對已經獲取了resource鎖的線程進行操作，從語法角度來說就是Obj.wait(),Obj.notify必須在synchronized(Obj){...}語句塊內。從功能上來說wait()線程在獲取對象鎖后，主動釋放CPU控制權，主動釋放對象鎖，同時本線程休眠。直到有其它線程調用對象的notify()喚醒該線程，才能繼續獲取對象鎖，并繼續執行。相應的notify()就是對對象鎖的釋放操作。【因此，我們可以發現，wait和notify方法均可釋放對象的鎖，但wait同時釋放CPU控制權，即它后面的代碼停止執行，線程進入阻塞狀態，而notify方法不立刻釋放CPU控制權，而是在相應的synchronized(){}語句塊執行結束，再自動釋放鎖。】釋放鎖后，JVM會在等待resoure的線程中選取一線程，賦予其對象鎖，喚醒線程，繼續執行。這樣就提供了在線程間同步、喚醒的操作。Thread.sleep()與Object.wait()二者都可以暫停當前線程，釋放CPU控制權，主要的區別在于Object.wait()在釋放CPU同時，釋放了對象鎖的控制，而在同步塊中的Thread.sleep()方法并不釋放鎖，僅釋放CPU控制權。

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