Java線程間通信之wait/notify

　　Java中的wait/notify/notifyAll可用來實現線程間通信，是Object類的方法，這三個方法都是native方法，是平台相關的，常用來實現生產者/消費者模式。先來我們來看下相關定義：

　　　　wait() :調用該方法的線程進入WATTING狀態，只有等待另外線程的通知或中斷才會返回，調用wait()方法后，會釋放對象的鎖。

　　　　wait(long):超時等待最多long毫秒，如果沒有通知就超時返回。

　　　　notify() : 通知一個在對象上等待的線程，使其從wait()方法返回，而返回的前提是該線程獲取到了對象的鎖。

　　　　notifyAll()：通知所有等待在該對象上的線程。

一個小例子

　　我們來模擬個簡單的例子來說明，我們樓下有個小小的餃子館，生意火爆，店里有一個廚師，一個服務員，為避免廚師每做好一份，服務員端出去一份，效率太低且浪費體力。現假設廚師每做好10份，服務員就用一個大木盤子端給客戶，每天賣夠100份就打烊收工，廚師服務員各自回家休息。

　　思考一下，要實現該功能，如果不使用等待/通知機制，那么最直接的方式可能就是，服務員隔一段時間去廚房看看，滿10份就用盤子端出去。這種方式有兩個很大的弊病：

　　1.如果服務員去廚房看的太勤快，服務員太累了，這樣還不如每做一碗就端一碗給客人，大木盤子的作用就體現不出來了。具體表現在實現代碼層面就是：需要不斷的循環，浪費處理器資源。

　　2.如果服務員隔很久才去廚房看一下，就無法確保及時性了，可能廚師早都做夠10份了，服務員卻沒觀察到。

　　針對上面這個例子，使用等待/通知機制就合理的多了，廚師每做夠10份，就喊一聲“餃子好了，可以端走啦”。服務員收到通知，就去廚房將餃子端給客人；廚師還沒做夠，即還沒收到廚師的通知，就可以稍微休息下，但也得豎起耳朵等候廚師的通知。　

　

package ConcurrentTest;

import thread.BlockQueue;

/**
 * Created by chengxiao on 2017/6/17.
 */
public class JiaoziDemo {
    //創建個共享對象做監視器用
    private static Object obj = new Object();
    //大木盤子，一盤最多可盛10份餃子，廚師做滿10份，服務員就可以端出去了。
    private static Integer platter = 0;
    //賣出的餃子總量，賣夠100份就打烊收工
    private static Integer count = 0;

    /**
     * 廚師
     */
    static class Cook implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            while(count<100){
                synchronized (obj){
                    while (platter<10){
                        platter++;
                    }
                    //通知服務員餃子好了，可以端走了
                    obj.notify();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--餃子好啦，廚師休息會兒");
                }
                try {
                    //線程睡一會，幫助服務員線程搶到對象鎖
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工，廚師回家");
        }
    }

    /**
     * 服務員
     */
    static class Waiter implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            while(count<100){
                synchronized (obj){
                    //廚師做夠10份了，就可以端出去了
                    while(platter < 10){
                        try {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--餃子還沒好，等待廚師通知...");
                            obj.wait();
                            BlockQueue
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    //餃子端給客人了，盤子清空
                    platter-=10;
                    //又賣出去10份。
                    count+=10;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--服務員把餃子端給客人了");
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--打烊收工，服務員回家");

        }
    }
    public static void main(String []args){
        Thread cookThread = new Thread(new Cook(),"cookThread");
        Thread waiterThread = new Thread(new Waiter(),"waiterThread");
        cookThread.start();
        waiterThread.start();
    }
}

運行結果

cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--餃子還沒好，等待廚師通知...
cookThread--餃子好啦，廚師休息會兒
waiterThread--服務員把餃子端給客人了
waiterThread--打烊收工，服務員回家
cookThread--打烊收工，廚師回家

 運行機制

借用《並發編程的藝術》中的一張圖來了解下wait/notify的運行機制

可能有人會對所謂監視器(monitor)，對象鎖(lock)不甚了解，在此簡單解釋下：

　　jvm為每一個對象和類都關聯一個鎖，鎖住了一個對象，就是獲得了對象相關聯的監視器。

　　只有獲取到對象鎖，才能拿到監視器，如果獲取鎖失敗了，那么線程就會進入阻塞隊列中；如果成功拿到對象鎖，也可以使用wait()方法，在監視器上等待，此時會釋放鎖，並進入等地隊列中。

　　關於鎖和監視器的區別，園子里有個哥們的文章寫得很詳細透徹，在此引用一下，有興趣的童鞋可以了解一下鎖和監視器之間的區別 - Java並發

根據上面的圖我們來理一下具體的過程

 　　1.首先，waitThread獲取對象鎖，然后調用wait()方法，此時，wait線程會放棄對象鎖，同時進入對象的等待隊列WaitQueue中;

　　 2.notifyThread線程搶占到對象鎖，執行一些操作后，調用notify()方法，此時會將等待線程waitThread從等待隊列WaitQueue中移到同步隊列SynchronizedQueue中，waitThread由waitting狀態變為blocked狀態。需要注意的時，notifyThread此時並不會立即釋放鎖，它繼續運行，把自己剩余的事兒干完之后才會釋放鎖;

　　3.waitThread再次獲取到對象鎖，從wait()方法返回繼續執行后續的操作;

　　4.一個基於等待/通知機制的線程間通信的過程結束。

至於notifyAll則是在第二步中將等待隊列中的所有線程移到同步隊列中去。

避免踩坑

　　在使用wait/notify/notifyAll時有一些特別留意的，在此再總結一下：

　　　　1.一定在synchronized中使用wait()/notify()/notifyAll()，也就是說一定要先獲取鎖，這個前面我們講過，因為只有加鎖后，才能獲得監視器。否則jvm也會拋出IllegalMonitorStateException異常。

　　　　2.使用wait()時，判斷線程是否進入wait狀態的條件一定要使用while而不要使用if，因為等待線程可能會被錯誤地喚醒，所以應該使用while循環在等待前等待后都檢查喚醒條件是否被滿足，保證安全性。

　　　　3.notify()或notifyAll()方法調用后，線程不會立即釋放鎖。調用只會將wait中的線程從等待隊列移到同步隊列，也就是線程狀態從waitting變為blocked;

　　　　4.從wait()方法返回的前提是線程重新獲得了調用對象的鎖。

后記

　　關於wait/notify的相關內容就介紹到此，在實際使用中，要特別留意上文中提到的幾點，不過一般情況下，我們直接使用wait/notify/notifyAll去完成線程間通信，生產者/消費者模型的機會不多，因為Java並發包中已經提供了很多優秀精妙的工具，像各種BlockingQueue等等，后面有機會也會詳細介紹的。

　　共勉