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Wait-Notify机制详解

时间:2014-02-24 15:22来源:知行网www.zhixing123.cn 编辑:麦田守望者

Wait-Notify机制可以说是实现阻塞操作较为高效的一种方式。虽然在实际中鼓励使用类库中已有的满足条件的类,或基于类库中的类来做满足自己特殊需求的开发,并不建议直接使用如此底层的机制,但了解其原理还是很有必要的。

典型的Wait-Notify场景一般与以下内容相关:
1、状态变量(State Variable)
当线程需要wait的时候,总是因为一些状态不满足导致的。如往BlockingQueue里加元素队列已满的时候。当状态满足的时候,程序就可以执行下去。

2、条件断言(Condition Predicate)
当线程确定是否进入wait或者从notify中醒来的时候是否继续往下执行,大都要测试状态条件是否满足,如往BlockingQueue里加元素队列已满,于是阻塞,后续其它线程从队列里取走了元素,就通知在等待的线程“队列不是满的了,可以往里加东西了”,这时候在等待的线程就会醒来,然后看看是不是真的队列不为满的状态,如果是,就将元素添加进去,如果不是,就继续等待。

3、条件队列(Condition Queue)
每个对象都有一个内置的条件队列,当一个线程在该对象是调用wait的时候,就会将该线程加入该对象的条件队列。

基于以上,接下来说说wait(以及其它两个带超时时间的wait重载版本,后文如无特别说明,wait就表示这三种操作)、notify(以及notifyAll,后文若无特别说明,notify表示这两种操作)操作。

在调用wait、notify的时候,必须先持有锁,且状态变量须由该锁保护,而内置锁对象与内置条件队列对象又是同一个对象。也就是说,要在某个对象上执行wait,notify,先必须锁定该对象,而对应的状态变量也是由该对象锁保护的。如果在调用wait、notify的时候没有持有锁,将会抛出以下错误:
Exception in thread “main” java.lang.IllegalMonitorStateException
这很容易通过下面的代码重现:

package com.ticmy.concurrency;
public class TestWatiNotifyMechanism {
	private static Object obj = new Object();
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		//错误代码,无意义,仅测试用
		obj.wait();
		//obj.notify();
	}
}

如果上述代码在obj上调用wait,而持有其他对象的锁呢?

package com.ticmy.concurrency;
public class TestWatiNotifyMechanism {
	private static Object obj = new Object();
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		//错误代码,无意义,仅测试用
		synchronized(TestWatiNotifyMechanism.class) {
			obj.wait();
			//obj.notify();
		}
	}
}

情况和没有锁一样。只有在哪个对象上调用wait、notify,就锁定哪个对象才可以。上面的代码,只要锁定obj对象就可以了:

package com.ticmy.concurrency;
public class TestWatiNotifyMechanism {
	private static Object obj = new Object();
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		//无意义,仅测试用,勿模仿
		synchronized(obj) {
			obj.wait();
//			obj.notify();
		}
	}
}

当在obj对象上调用wait操作的时候,就会释放当前持有的锁,并将线程加入到obj所属的条件队列,而后阻塞,直到有其它线程在该obj上调用了notify操作或阻塞线程被中断或wait超时。
当调用Object#notify()方法时,会去唤醒对应对象条件队列中的某个线程,至于唤醒的是哪个线程,这是不确定的,选择是任意性的。当调用Object#notifyAll()方法时,会唤醒条件队列中的所有线程。当唤醒一个线程或所有线程时,这个或这些线程需要自动重新获得原先wait时释放的锁,它(们)并不一定立马就能执行,像其它线程一样,需要等待CPU来调度,需要与其它线程竞争执行前需要获得的锁。

线程的wait操作的典型代码结构如下:

void op() throws InterruptedException {
	synchronized(obj) {
		while(条件不满足) {
			obj.wait();
		}
	}
}

为什么要在循环中wait?有以下几个原因。

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