多線程知識梳理(4) - synchronized 三部曲之等待/通知模型

一、概述

在前面兩篇文章當(dāng)中,我們介紹了synchronized的基本使用和原理,但是在使用synchronized保證數(shù)據(jù)一致性的同時澜沟,我們希望能夠讓線程之間進(jìn)行一些交互邏輯,也是我們今天要介紹的等待/通知模型峡谊,那么就需要使用到wait/notify茫虽。

二、等待/通知相關(guān)方法

2.1 方法說明

下面既们,我們先介紹等待/通知機(jī)制的相關(guān)方法濒析,首先要說明兩點:

  • 這些都是Object定義的方法
  • 調(diào)用這些方法的前提條件是:該線程已經(jīng)獲得了Object對象所關(guān)聯(lián)的鎖,也就是說它們需要位于synchronized修飾的同步代碼塊中贤壁。

**(a) wait() **
調(diào)用該方法的線程進(jìn)入等待狀態(tài),并釋放它所獲取的對象鎖埠忘,只有出現(xiàn)這兩種情況之一脾拆,它才會從wait方法中返回,否則將會一直處于等待狀態(tài):

  • 其它線程通過notify / notifyAll方法通知該線程莹妒,并且該線程獲取到了對象鎖
  • 線程被中斷

(b) wait(long) / wait(long, int)
wait方法相同名船,差別是增加一種從wait方法返回的情況:等待的時間已經(jīng)到了,并且獲取到了對象鎖旨怠。

(c) notify()
通知位于等待隊列中的第一個線程渠驼,使其從wait()方法返回,而被通知的線程的繼續(xù)執(zhí)行需要等到它獲得對象所為止鉴腻。
需要注意迷扇,調(diào)用notify方法后百揭,并不會立刻釋放它所持有的對象鎖,這需要等到它執(zhí)行完同步代碼塊為止蜓席。

(d) notifyAll()
notify()類似器一,但是它是通知所有在對象上等待的線程。

2.2 實現(xiàn)原理

通過上面的介紹厨内,我們可以看到祈秕,在整個等待/通知機(jī)制當(dāng)中,線程被掛起時主要有以下三種狀態(tài):等待狀態(tài)雏胃、超時等待狀態(tài)请毛、阻塞狀態(tài),這些狀態(tài)都是通過synchroized所修飾的對象來實現(xiàn)的瞭亮。

在前面我們介紹synchronized原理的時候方仿,曾經(jīng)說過每個對象都會和一個Monitor相關(guān)聯(lián),其實每個Monitor又包含有兩個隊列:等待隊列和同步隊列街州,其中等待隊列中存放是進(jìn)入等待狀態(tài)的線程兼丰,而同步隊列中存放的是等待獲取鎖的線程。

下面唆缴,我們通過一段簡單的偽代碼來立即兩個線程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程:

synchronized public void waitThread() {
    //執(zhí)行a方法.
    wait();
    //執(zhí)行b方法
}

synchronized public void notifyThread() {
    //執(zhí)行c方法
    notify();
    //執(zhí)行d方法
}

我們有AB兩個線程鳍征,我們模擬以下的一系列行為:

(1) A 線程執(zhí)行 waitThread 方法
此時由于對象鎖沒有被任何線程持有,因此面徽,A線程成為對象鎖的持有者:


(2) B 線程執(zhí)行 notifyThread 方法
當(dāng)B線程執(zhí)行notifyThread方法時艳丛,由于此時對象鎖已經(jīng)被A線程持有,因此它被加入到同步隊列中:

(3) A 線程執(zhí)行 a 方法

**(4) A 線程執(zhí)行 wait 方法 **
當(dāng)A線程執(zhí)行wait方法后趟紊,它會釋放對象鎖氮双,并加入到等待隊列當(dāng)中,而B線程則成為對象鎖新的持有者:

(5) B 線程執(zhí)行 c 方法

(6) B 線程執(zhí)行 notify 方法
此時會喚醒等待隊列中A線程霎匈,但是此時B線程仍然持有對象鎖戴差,因此,A線程只能被加入到同步隊列:

(7) B 線程執(zhí)行 d 方法

(8) B 線程從 notifyThread 方法返回
此時A線程重新獲取到對象鎖铛嘱,因此它被從同步隊列中取出暖释,繼續(xù)執(zhí)行接下來的邏輯:

(9) A 線程執(zhí)行 b 方法

(10) A 線程從 waitThread 方法中返回
當(dāng)A線程從同步方法返回之后,那么會釋放它所持有的鎖

三墨吓、等待/通知的經(jīng)典范式

對于等待/通知模型球匕,我們可以總結(jié)出它的經(jīng)典范式,分別針對等待方和通知方帖烘。

3.1 等待方

等待方遵循如下的原則:

  • 獲取對象的鎖
  • 如果條件不滿足亮曹,那么調(diào)用對象的wait方法,被通知后仍然需要檢查條件
  • 條件滿足則繼續(xù)執(zhí)行對應(yīng)的邏輯

對應(yīng)的偽代碼為:

synchronized( 對象 ) {
    while( 條件不滿足 ) {
        對象.wait();
    }
    對應(yīng)的處理邏輯
}

3.2 通知方

通知方遵循如下的原則:

  • 獲得對象的鎖
  • 改變條件
  • 通知所有等待在對象上的線程
synchronized( 對象 ) {
    改變條件;
    對象.notifyAll();
}
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