从Guarded Block来看Java中的wait和notify方法
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发布时间：2024-10-09 17:24
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时间：2024-10-22 03:42
本文将深入探讨Java中最基础的机制之一：线程同步。我们将首先回顾一些并发相关的术语和方法论，并通过一个简单示例来处理并发问题，以更好地理解wait()和notify()方法。
多线程环境下，每个线程都有可能修改相同资源，如果线程管理不当，可能会引发并发问题。多线程之间需要协同工作，最常见的方式是使用保护块（Guarded Blocks）。它循环检查一个条件，直到条件发生变化才跳出循环继续执行。
然而，不停地检查循环条件是一种资源浪费，更高效的做法是调用Object.wait将当前线程挂起，直到有另一线程发起事件通知。今天，我们将讨论wait()和notify()方法。
补充：下面的图表展示了wait()和notify()方法在Java线程生命周期中的作用：
可以看到，控制线程生命周期有许多方式，本文仅关注wait()和notify()方法。
wait()方法
调用wait()方法时，当前线程释放锁并挂起。另一个线程请求并获得这个锁，然后调用Object.notifyAll()通知所有等待该锁的线程（之后当前线程释放该锁），此时第一个线程收到通知获取到该锁，从wait()方法返回并继续执行。
wait()方法有三个重载版本：
wait()：会使当前线程无限期等待，直到另一个线程调用了当前对象的notify()或notifyAll()方法。
wait(long timeout)和wait(long timeout, int nanos)：为等待设置了时间限制，后者提供了更高的精度。
notify()和notifyAll()
notify()方法唤醒等待对象内置锁的线程，有两种方式：
notify()：只会唤醒一个线程，适用于大量相似任务的多线程环境，因为并不关心哪一个线程被唤醒。
当前线程必须拥有对象的内置锁或监视器锁，根据Java文档，可通过以下三种方式之一：
注意，同一时间只有一个活跃线程能获取到对象的内置锁。
notifyAll()：唤醒所有等待内置锁的线程。被唤醒的线程继续执行直到完成任务。但在唤醒线程开始执行逻辑之前，通常会定义一个快速检查，以确定继续执行所需的条件，因为可能会出现被唤醒的线程没有收到通知的情况。
生产者-消费者同步问题
理解上述内容后，我们来看一个简单的生产者-消费者示例：
我们首先创建一个Drop类，用于生产者向消费者传递数据。我们将使用wait()和notifyAll()方法来让两个线程共享数据。
将wait()方法放入while语句中是因为线程唤醒后当前方法的循环条件可能未改变。同步put()和take()方法是因为在调用wait之前，线程必须拥有对象的内部锁（否则会抛出异常），可以通过在synchronized方法中调用wait()来获得d的内部锁。
接下来，我们将实现Producer和Consumer。
对于Producer：
下面是Consumer的实现：
实现很简单，通过在for循环中调用drop.take()方法，直到收到最后一个数据。
我们现在运行程序：
程序输出如下：
可以观察到，我们以正确的顺序收到了所有消息数据，并成功在Producer和Consumer之间实现了数据共享。
总结
本文讨论了Java的核心概念，特别是如何使用wait()和notify()方法解决同步问题，并通过一个简单示例说明了这些概念的使用。
值得注意的是，这些是低层次的API（wait、notify、notifyAll）。在某些情况下，使用JDK中的Lock、Condition等更高层次的API可能更简单且更方便。关于这些API的更多信息，可以参考相关文章。
测试代码
参考资料
