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  • 这三个方法分别是:wait(),notify(),notifyAll(),今天来了解一下这三个方法。在任何对象上调用这些方法的当前线程应具有对象监视器(锁住了一个对象,就是获得对象相关联的监视器),否则会抛出java.lang....

    Java的Object类包含了三个final方法,允许线程就资源的锁定状态进行通信。这三个方法分别是:wait(),notify(),notifyAll(),今天来了解一下这三个方法。在任何对象上调用这些方法的当前线程应具有对象监视器(锁住了一个对象,就是获得对象相关联的监视器),否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException异常。

    wait

    Object.wait有三种重载的实现,一个无限期等待任何其他线程地调用对象的notify或notifyAll方法来唤醒当前线程。 其他两个会使当前线程在等待特定的时间后进行唤醒。

    wait()

    使得当前线程进程等待,直到另一个线程在这个对象上调用了notify()方法或者notifyAll()方法。这个方法的行为,完全等价于调用wait(0),可以看它的实现代码为:

    public final void wait() throwsInterruptedException {

    wait(0);

    }

    当前的线程必须获得这个对象的监视器。线程释放了监视器的所有权,直到另一个线程调用notify方法或者notifyAll方法,去唤醒在这个对象监视器上等待的其他线程。释放了监视器的所有权后,线程便进行等待,直到重新获得监视器的所有权并恢复执行。处于wait状态中的线程,可能被中断或虚假唤醒,所以这个方法应该总是在一个循环中使用:

    synchronized(obj) {while ()

    obj.wait();

    ...//Perform action appropriate to condition

    }

    虚假唤醒指的是一些obj.wait()会在除了obj.notify()和obj.notifyAll()的其他情况被唤醒,而此时是不应该唤醒的,更详细的可以看Spurious_wakeup。

    方法会抛出两种异常:

    IllegalMonitorStateException:如果当前线程没有获得当前对象的监视器。

    InterruptedException:如果某个线程在当前线程等待通知的时候,或是在等待通知之前中断了当前线程,当抛出这个异常时,当前线程的中断状态被清除。

    wait(long timeout)

    该方法会使得当前进程进入wait状态直到另一个线程调用notify/notifyAll,或是经过了指定的时间,线程将被唤醒。该方法会抛出异常:

    IllegalArgumentException:如果timeout是负数。

    wait(long timeout, int nanos)

    同样的,该方法会使得当前进程进入wait状态直到另一个线程调用notify/notifyAll。它可以更加精细地控制等待的时间,以纳秒为单位测量的实时量由下式给出:1000000*timeout+nanos。除此之外,这个方法与wait(long)做相同的事情,特别的,wait(0,0)等价于wait(0)。除了其余两个wait方法会抛出的异常外,这个方法会抛出异常:

    IllegalArgumentException:如果timeout是负数,或者nanos的范围不在0-999999之间时,抛出该异常。

    notify

    notify方法只唤醒等待对象的一个线程,并且该线程开始执行。所以如果有多个线程在等待一个对象,这个方法只会唤醒其中的一个。线程的选择取决于线程管理的OS实现。

    notifyAll

    notifyAll方法唤醒等待对象的所有线程,但哪一个将首先处理取决于操作系统的实现。

    这些方法可用于实现生产者消费者问题,其中消费者线程正在等待队列中的对象,生产者线程将对象放入队列中并通知等待的线程。下面是一个多个线程工作在同一个对象上的例子,使用了wait,notify,notifyAll方法:

    一个例子

    Message :被通知唤醒的对象

    public classMessage {privateString msg;publicMessage(String str){this.msg=str;

    }publicString getMsg() {returnmsg;

    }public voidsetMsg(String str) {this.msg=str;

    }

    }

    Notifier:执行唤醒操作

    public class Notifier implementsRunnable {privateMessage msg;publicNotifier(Message msg) {this.msg =msg;

    }

    @Overridepublic voidrun() {

    String name=Thread.currentThread().getName();

    System.out.println(name+" started");try{

    Thread.sleep(1000);synchronized(msg) {

    msg.setMsg(name+" Notifier work done");

    msg.notify();//msg.notifyAll();

    }

    }catch(InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

    }

    }

    }

    Waiter: 使Message 对象进行wait状态

    public class Waiter implementsRunnable{privateMessage msg;publicWaiter(Message m){this.msg=m;

    }

    @Overridepublic voidrun() {

    String name=Thread.currentThread().getName();synchronized(msg) {try{

    System.out.println(name+" waiting to get notified at time:"+System.currentTimeMillis());

    msg.wait();

    }catch(InterruptedException e){

    e.printStackTrace();

    }

    System.out.println(name+" waiter thread got notified at time:"+System.currentTimeMillis());//process the message now

    System.out.println(name+" processed: "+msg.getMsg());

    }

    }

    }

    WaitNotifyTest:测试

    public classWaitNotifyTest {public static voidmain(String[] args) {

    Message msg= new Message("process it");

    Waiter waiter= newWaiter(msg);new Thread(waiter,"waiter").start();

    Waiter waiter1= newWaiter(msg);new Thread(waiter1, "waiter1").start();

    Notifier notifier= newNotifier(msg);new Thread(notifier, "notifier").start();

    System.out.println("All the threads are started");

    }

    }

    输出:

    waiter waiting to get notified at time:1516757290631All the threads are started

    waiter1 waiting to get notified at time:1516757290632notifier started

    waiter waiter thread got notified at time:1516757291632waiter processed: notifier Notifier work done

    可以看到两个线程在对象msg上进行等待,调用notify方法时,只有一个线程被唤醒,此时程序并没有退出,因为还有一个线程在等待。

    如果把notify方法改成notifyAll,运行结果为:

    waiter waiting to get notified at time:1516757437164waiter1 waiting to get notified at time:1516757437164All the threads are started

    notifier started

    waiter1 waiter thread got notified at time:1516757438165waiter1 processed: notifier Notifier work done

    waiter waiter thread got notified at time:1516757438165waiter processed: notifier Notifier work done

    可以看到两个线程都被唤醒了,程序也退出运行了。

    (完)

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  • 当一个线程进入wait之后,就必须等其他线程notify/notifyall,使用notifyall,可以唤醒所有处于wait状态的线程,使其重新进入锁的争夺队列中,而notify只能唤醒一个。注意,任何时候只有一个线程可以获得锁,也就是说...

    当一个线程进入wait之后,就必须等其他线程notify/notifyall,使用notifyall,可以唤醒

    所有处于wait状态的线程,使其重新进入锁的争夺队列中,而notify只能唤醒一个。注意,任何时候只有一个线程可以获得锁,也就是说只有一个线程可以运行synchronized 中的代码,notifyall只是让处于wait的线程重新拥有锁的争夺权,但是只会有一个获得锁并执行。

    那么notify和notifyall在效果上又什么实质区别呢?主要的效果区别是notify用得不好容易导致死锁,例如下面提到的例子。

    public synchronized void put(Object o) {

    while (buf.size()==MAX_SIZE) {

    wait(); // called if the buffer is full (try/catch removed for brevity)

    }

    buf.add(o);

    notify(); // called in case there are any getters or putters waiting

    }

    public synchronized Object get() {

    // Y: this is where C2 tries to acquire the lock (i.e. at the beginning of the method)

    while (buf.size()==0) {

    wait(); // called if the buffer is empty (try/catch removed for brevity)

    // X: this is where C1 tries to re-acquire the lock (see below)

    }

    Object o = buf.remove(0);

    notify(); // called if there are any getters or putters waiting

    return o;

    }

    所以除非你非常确定notify没有问题,大部分情况还是是用notifyall。

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  • 今天在和导师讨论Java多线程编程的同步问题时,发现自己对同步代码块、wait()方法、notify()方法和notifyAll()方法的理解不太清晰,于是在网上查阅资料,可是结果众说纷纭,又在导师的启发和指导下结合编程验证后...

    今天在和导师讨论Java多线程编程的同步问题时,发现自己对同步代码块、wait()方法、notify()方法和notifyAll()方法的理解不太清晰,于是在网上查阅资料,可是结果众说纷纭,又在导师的启发和指导下结合编程验证后得出如下结论。

    Java中的每一个对象实例都有一个锁标记和锁池,锁标记默认允许进入。当一个线程尝试进入以该对象为锁的同步代码块时,JVM会执行获取锁的操作,该操作首先查看锁标记是否为允许进入:

    如果允许进入,则JVM将该标记改为不允许进入后,允许该线程进入该同步代码块执行。

    如果不允许进入,则JVM不改动该标记(保持为不允许进入状态),同时保存该线程的上下文环境后将其休眠,并加入锁池中。

    当允许进入该同步代码块中执行的线程退出该同步代码块时,JVM执行释放锁的操作,该操作会检查锁池中是否存在休眠的线程:

    如果锁池不为空,则JVM选取一个锁池中的线程将其移出,并为其恢复上下文环境,唤醒并让其参与线程调度。(因为休眠前刚好进入要进入同步代码块,所以当其获取到CPU执行权限后就开始执行同步代码块中的代码了)

    如果锁池为空,则JVM将该同步代码块的锁标记置为允许进入即可。

    当在同步代码块中执行wait()操作时,JVM的执行流程如下:

    对该对象执行释放锁的操作(见2)。

    保存本线程的上下文环境,将本线程加入该对象的等待池中,然后休眠不再参与CPU调度。

    当同步代码块中的代码执行notify方法时,JVM会从目标对象的等待池中选出一个线程并将其移到锁池中;而如果执行的是notifyAll方法,则将等待池中的所有线程一并加入锁池中。需要注意的是,无论notify方法还是notifyAll方法,都只是在等待池与锁池之间进行移动操作,并不会唤醒任何线程。只有当前线程退出同步代码块后,JVM才会从锁池中选出一个线程让其继续执行。(由于进入等待池的线程在休眠前保存了上下文环境,所以其在继续执行后是从wait()之中恢复并执行的,保证了执行结果的一致性)

    下面通过一段代码对以上所述进行验证:

    import java.util.concurrent.TimeUnit;

    public class CMTTest {

    public static void main(String[] args) {

    Object co = new Object();

    System.out.println(co);

    for (int i = 0; i < 5; i++) {

    MyThread t = new MyThread("Thread" + i, co);

    t.start();

    }

    try {

    TimeUnit.SECONDS.sleep(20);

    synchronized (co) {

    System.out.println("Main Thread entered syn block...begin to invoke notifyAll()");

    co.notifyAll();

    System.out.println("Main Thread return from notifyAll()...begin to sleep");

    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

    System.out.println("Main Thread quit from syn block.");

    }

    } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

    }

    }

    static class MyThread extends Thread {

    private String name;

    private Object co;

    public MyThread(String name, Object o) {

    this.name = name;

    this.co = o;

    }

    @Override

    public void run() {

    try {

    System.out.println(name + " trying to enter syn block.");

    synchronized (co) {

    System.out.println(name + " entered the syn block.Now sleep 2s...");

    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

    System.out.println(name + " returm from sleep, begin to invoke wait()...");

    co.wait();

    System.out.println(name + " returm from wait()");

    int nLoopTime = 3;

    while(nLoopTime != 0) {

    System.out.println(name + " is in loop for " + nLoopTime + " time");

    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

    nLoopTime--;

    }

    }

    } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

    }

    }

    }

    }

    这段代码的执行结果如下:

    java.lang.Object@70dea4e

    Thread0 trying to enter syn block.

    Thread1 trying to enter syn block.

    Thread0 entered the syn block.Now sleep 2s...

    Thread2 trying to enter syn block.

    Thread3 trying to enter syn block.

    Thread4 trying to enter syn block.

    Thread0 returm from sleep, begin to invoke wait()...

    Thread4 entered the syn block.Now sleep 2s...

    Thread4 returm from sleep, begin to invoke wait()...

    Thread3 entered the syn block.Now sleep 2s...

    Thread3 returm from sleep, begin to invoke wait()...

    Thread2 entered the syn block.Now sleep 2s...

    Thread2 returm from sleep, begin to invoke wait()...

    Thread1 entered the syn block.Now sleep 2s...

    Thread1 returm from sleep, begin to invoke wait()...

    Main Thread entered syn block...begin to invoke notifyAll()

    Main Thread return from notifyAll()...begin to sleep

    Main Thread quit from syn block.

    Thread1 returm from wait()

    Thread1 is in loop for 3 time

    Thread1 is in loop for 2 time

    Thread1 is in loop for 1 time

    Thread2 returm from wait()

    Thread2 is in loop for 3 time

    Thread2 is in loop for 2 time

    Thread2 is in loop for 1 time

    Thread3 returm from wait()

    Thread3 is in loop for 3 time

    Thread3 is in loop for 2 time

    Thread3 is in loop for 1 time

    Thread4 returm from wait()

    Thread4 is in loop for 3 time

    Thread4 is in loop for 2 time

    Thread4 is in loop for 1 time

    Thread0 returm from wait()

    Thread0 is in loop for 3 time

    Thread0 is in loop for 2 time

    Thread0 is in loop for 1 time

    从中可以看出以下几点:

    同步代码块在同一时间只允许一个线程进入

    在同步代码块中调用wait()方法会执行释放锁的操作

    调用notifyAll方法后,处于wait()状态的线程们并没有被立刻唤醒,而是等当前线程退出同步代码块后才顺序执行

    如果该notifyAll方法为notify方法,则最终只有一个线程能从从wait方法中返回。

    最后补充一点,wait、notify和notifyAll方法是任何Object及其派生类对象都有的方法,其调用范围仅限于同步方法和同步代码块中,在外部直接调用会抛java.lang.IllegalMonitorStateException运行时异常。

    所以,之前将Java的多线程同步与Windows的多线程同步直接进行类比,特别是按照语义直接想当然地理解wait和notify、notifyAll()等方法得出的结论是错误的。纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行啊!

    展开全文
  • 因为如果把 wait/notify/notifyAll 方法定义在 Thread 类中,会带来很大的局限性,比如一个线程可能持有多把锁,以便实现相互配合的复杂逻辑,假设此时 wait 方法定义在 Thread 类中,如何实现让一个线程持有多把锁...

    为什么wait必须在synchronized保护的同步代码种使用?

    首先我们来看看wait方法的源码注释是怎么写的?

    //wait method should always be used in a loop:
    synchronized (ojb) {
    	while(condition does not hold)
    		obj.wait();
    	... //Perform action appropriate to condition
    }
    //This method should only be called by a thread that is the owner of this object's monitoe.
    

    为什么wait必须在synchronized保护的同步代码种使用?

    首先我们来看看wait方法的源码注释是怎么写的?

    //wait method should always be used in a loop:
    synchronized (ojb) {
    	while(condition does not hold)
    		obj.wait();
    	... //Perform action appropriate to condition
    }
    //This method should only be called by a thread that is the owner of this object's monitoe.
    

    英文部分的意思是说,在使用 wait 方法时,必须把 wait 方法写在 synchronized 保护的 while代码块中,并始终判断执行条件是否满足,如果满足就往下继续执行,如果不满足就执行 wait 方法,而在执行 wait方法之前,必须先持有对象的 monitor 锁,也就是通常所说的 synchronized 锁。

    那么设计成这样有什么好处呢?

    我们逆向思考这个问题,如果不要求 wait 方法放在 synchronized 保护的同步代码中使用,而是可以随意调用,那么就有可能写出这样的代码。

    class BlockingQueue {
    	Queue<String> buffer = new LinkList<String>();
    	public void give(String data) {
    		buffer.add(data);
    		nodify();	//Since someone may be waiting in take
    	}
    
    	public String take() throws InterruptedException {
    		while(buffer.isEmpty()) {
    			wait();
    		}
    		return buffer.remove();
    	}
    }
    

    在代码中可以看到有两个方法,give 方法负责往 buffer 中添加数据,添加完之后执行 notify 方法来唤醒之前等待的线程,而 take 方法负责检查整个 buffer 是否为空,如果为空就进入等待,如果不为空就取出一个数据,这是典型的生产者消费者的思想。

    但是这段代码并没有受 synchronized 保护,于是便有可能发生以下场景:

    1. 首先,消费者线程调用 take 方法并判断 buffer.isEmpty 方法是否返回 true,若为 true 代表buffer是空的,则线程希望进入等待,但是在线程调用 wait 方法之前,就被调度器暂停了,所以此时还没来得及执行 wait 方法。
    2. 此时生产者开始运行,执行了整个 give 方法,它往 buffer 中添加了数据,并执行了 notify 方法,但 notify 并没有任何效果,因为消费者线程的 wait 方法没来得及执行,所以没有线程在等待被唤醒。
    3. 此时,刚才被调度器暂停的消费者线程回来继续执行 wait 方法并进入了等待。

    虽然刚才消费者判断了 buffer.isEmpty 条件,但真正执行 wait 方法时,之前的 buffer.isEmpty 的结果已经过期了,不再符合最新的场景了,因为这里的“判断-执行”不是一个原子操作,它在中间被打断了,是线程不安全的。

    假设这时没有更多的生产者进行生产,消费者便有可能陷入无穷无尽的等待,因为它错过了刚才 give 方法内的 notify 的唤醒。

    我们看到正是因为 wait 方法所在的 take 方法没有被 synchronized 保护,所以它的 while 判断和 wait 方法无法构成原子操作,那么此时整个程序就很容易出错。

    我们把代码改写成源码注释所要求的被 synchronized 保护的同步代码块的形式,代码如下。

    public void give(String data) {
    	synchronized (this) {
    		buffer.add(data);
    		notify();
    	}
    }
    
    public String take() throws InterruptedException {
    	synchronized (this) {
    		while(buffer.isEmpty()) {
    			wait();
    		}
    		return buffer.remove();
    	}
    }
    

    这样就可以确保 notify 方法永远不会在 buffer.isEmpty 和 wait 方法之间被调用,提升了程序的安全性。

    另外,wait 方法会释放 monitor 锁,这也要求我们必须首先进入到 synchronized 内持有这把锁。

    这里还存在一个“虚假唤醒”(spurious wakeup)的问题,线程可能在既没有被notify/notifyAll,也没有被中断或者超时的情况下被唤醒,这种唤醒是我们不希望看到的。虽然在实际生产中,虚假唤醒发生的概率很小,但是程序依然需要保证在发生虚假唤醒的时候的正确性,所以就需要采用while循环的结构。

    while(condition does not hold)
    	obj.wait();
    

    这样即便被虚假唤醒了,也会再次检查while里面的条件,如果不满足条件,就会继续wait,也就消除了虚假唤醒的风险。

    为什么 wait/notify/notifyAll 被定义在 Object 类中,而 sleep 定义在 Thread 类中?

    1. 因为 Java 中每个对象都有一把称之为 monitor 监视器的锁,由于每个对象都可以上锁,这就要求在对象头中有一个用来保存锁信息的位置。这个锁是对象级别的,而非线程级别的,wait/notify/notifyAll 也都是锁级别的操作,它们的锁属于对象,所以把它们定义在 Object 类中是最合适,因为 Object 类是所有对象的父类。
    2. 因为如果把 wait/notify/notifyAll 方法定义在 Thread 类中,会带来很大的局限性,比如一个线程可能持有多把锁,以便实现相互配合的复杂逻辑,假设此时 wait 方法定义在 Thread 类中,如何实现让一个线程持有多把锁呢?又如何明确线程等待的是哪把锁呢?既然我们是让当前线程去等待某个对象的锁,自然应该通过操作对象来实现,而不是操作线程。

    wait/notify 和 sleep 方法的异同?

    第三个问题是对比 wait/notify 和 sleep 方法的异同,主要对比 wait 和 sleep 方法,我们先说相同点:

    1. 它们都可以让线程阻塞。
    2. 它们都可以响应 interrupt 中断:在等待的过程中如果收到中断信号,都可以进行响应,并抛出 InterruptedException 异常。

    但是它们也有很多的不同点:

    1. wait 方法必须在 synchronized 保护的代码中使用,而 sleep 方法并没有这个要求。
    2. 在同步代码中执行 sleep 方法时,并不会释放 monitor 锁,但执行 wait 方法时会主动释放 monitor 锁。
    3. sleep 方法中会要求必须定义一个时间,时间到期后会主动恢复,而对于没有参数的 wait 方法而言,意味着永久等待,直到被中断或被唤醒才能恢复,它并不会主动恢复。
    4. wait/notify 是 Object 类的方法,而 sleep 是 Thread 类的方法。
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    2021-05-27 17:32:10
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