Java多线程的3种等待唤醒机制

Java多线程 3 种等待、唤醒机制

  • Object类中的wait、notify方法配置synchronized关键字；
  • Condition接口中的await、signal方法配合Lock；
  • LockSupport类中的park、unpark方法（无需锁）

一、Object类中的wait和notify方法实现线程的等待和唤醒

注意：

  • 不能脱离synchronized代码块使用，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常；
  • 先wait后notify、notifyAll，等待中的线程才能被唤醒，顺序不能改变
public class LockDemo {static Object object = new Object();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {synchronized (object) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程Come in");try {// 使当前线程等待object.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程被唤醒");}}, "A").start();new Thread(() -> {synchronized (object) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知线程");// 使当前线程唤醒object.notifyAll();}}, "B").start();}
}

我们来看下上面代码的执行结果，看起来很和谐：

A==>线程Come in
B==>通知线程
A==>线程被唤醒

我们来将上面代码动下手脚，注释掉10、23代码看下wait/notify脱离了Synchronized会出现什么？
可以看到报了异常，说明wait/notify不能够脱离Synchronized代码块

public class LockDemo {static Object object = new Object();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {
//            synchronized (object) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程Come in");try {// 使当前线程等待object.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程被唤醒");
//            }}, "A").start();new Thread(() -> {
//            synchronized (object) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知线程");// 使当前线程唤醒object.notifyAll();
//            }}, "B").start();}
}

我们再来看一下，线程A先sleep 2秒，让线程B先执行notify方法，会发生什么？

public class LockDemo {static Object object = new Object();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}synchronized (object) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程Come in");try {// 使当前线程等待object.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程被唤醒");}}, "A").start();new Thread(() -> {synchronized (object) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知线程");// 使当前线程唤醒object.notifyAll();}}, "B").start();}
}

 线程A由于没有被唤醒，阻塞住了

二、Condition接口中的await和single方法实现线程的等待和唤醒

注意：

  • 必须配合lock()方法使用，否则抛出IllegalMonitorStateException异常
  • 等待唤醒调用顺序不能改变
public class LockDemo {static Object object = new Object();// 创建可重入锁static Lock lock = new ReentrantLock();static Condition condition = lock.newCondition();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程Come in");// 使当前线程等待condition.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程被唤醒");}, "A").start();new Thread(() -> {lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知线程");// 使当前线程唤醒condition.signal();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}, "B").start();}
}

看下上面代码的执行结果：

A==>线程Come in
B==>通知线程
A==>线程被唤醒

我们来将上面代码动下手脚，注释掉9 17 24 32行代码看下wait/notify脱离了Synchronized会出现什么？
可以看到报了异常，说明wait/notify不能够脱离Synchronized代码块

public class LockDemo {static Object object = new Object();// 创建可重入锁static Lock lock = new ReentrantLock();static Condition condition = lock.newCondition();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {
//            lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程Come in");// 使当前线程等待condition.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {
//                lock.unlock();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程被唤醒");}, "A").start();new Thread(() -> {//            lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知线程");// 使当前线程唤醒condition.signal();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {
//                lock.unlock();}}, "B").start();}
}

我们再来看一下使线程A暂停三秒会发生什么？
线程B先执行了，没有代码将线程A的await状态进行唤醒

public class LockDemo {static Object object = new Object();// 创建可重入锁static Lock lock = new ReentrantLock();static Condition condition = lock.newCondition();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程Come in");// 使当前线程等待condition.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>线程被唤醒");}, "A").start();new Thread(() -> {lock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知线程");// 使当前线程唤醒condition.signal();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}, "B").start();}
}

同样，线程A会被阻塞

三、LockSupport类中的park等待和unpark唤醒

        LockSupport提供park()和unpark()方法实现阻塞和唤醒线程的过程。
        LockSupport和每一个使用它的线程之间有一个许可（permit）进行关联，permit有0和1两种状态，默认为0，即无许可证状态。
        调用一次unpark方法，permit加1变成1。每次调用park方法都会检查许可证状态，如果为1，则消耗掉permit（1 -> 0）并立刻返回；如果为0，则进入阻塞状态。permit最多只有一个，重复调用unpark也不会累积permit。

public class LockDemo {static Object object = new Object();// 创建可重入锁static Lock lock = new ReentrantLock();static Condition condition = lock.newCondition();public static void main(String[] args) {Thread a = new Thread(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>Come in");LockSupport.park();//阻塞当前线程System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>被唤醒");});a.setName("A");a.start();new Thread(() -> {LockSupport.unpark(a);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知");}, "B").start();}
}

看下上面代码的执行结果：

A==>Come in
B==>通知
A==>被唤醒

下面给线程A进行等待3S，看会不会像一，二两个例子出现错误情况：
得出结论是：
　　因为unpark获得了一个凭证，之后再调用park方法，就可以名正言顺的凭证消费，故不会阻塞。

public class LockDemo {static Object object = new Object();// 创建可重入锁static Lock lock = new ReentrantLock();static Condition condition = lock.newCondition();public static void main(String[] args) {Thread a = new Thread(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>Come in");LockSupport.park();//阻塞当前线程System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>被唤醒");});a.setName("A");a.start();new Thread(() -> {LockSupport.unpark(a);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>通知");}, "B").start();}
}

执行结果，不阻塞

        LockSupport是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语
        LockSupport是一个线程阻塞工具类，所有的方法都是静态方法，可以让线程在任意位置阻塞，阻塞之后也有对应的唤醒方法。归根结底，LockSupport调用的Unsafe中的native代码。
 
        LockSupport提供park()和unpark()方法实现阻塞线程和解除线程阻塞的过程
LockSupport和每个使用它的线程都有一个许可(permit)关联。permit相当于1，0的开关，默认是0，调用一次unpark就加1变成1，调用一次park会消费permit，也就是将1变成o，同时park立即返回。如再次调用park会变成阻塞(因为permit为零了会阻塞在这里，一直到permit变为1)，这时调用unpark会把permit置为1。每个线程都有一个相关的permit, permit最多只有一个，重复调用unpark也不会积累凭证。
 
线程阻塞需要消耗凭证(permit)，这个凭证最多只有1个。当调用park方法时
    *如果有凭证，则会直接消耗掉这个凭证然后正常退出;
    *如果无凭证，就必须阻塞等待凭证可用;
而unpark则相反，它会增加一个凭证，但凭证最多只能有1个，累加无效。

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