Chan Chen Coding...

notify() and wait()

通常，多線程之間需要協調工作。例如，瀏覽器的一個顯示圖片的線程displayThread想要執行顯示圖片的任務，必須等待下載線程downloadThread將該圖片下載完畢。如果圖片還沒有下載完，displayThread可以暫停，當downloadThread完成了任務后，再通知displayThread“圖片準備完畢，可以顯示了”，這時，displayThread繼續執行。

以上邏輯簡單的說就是：如果條件不滿足，則等待。當條件滿足時，等待該條件的線程將被喚醒。在Java中，這個機制的實現依賴于wait/notify。等待機制與鎖機制是密切關聯的。例如：

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synchronized(obj) {
    while(!condition) {
        obj.wait();
    }
    obj.doSomething();
}
 

當線程A獲得了obj鎖后，發現條件condition不滿足，無法繼續下一處理，于是線程A就wait()。

在另一線程B中，如果B更改了某些條件，使得線程A的condition條件滿足了，就可以喚醒線程A：

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      synchronized(obj) {
           condition = true;
           obj.notify();
}
 

需要注意的概念是：

# 調用obj的wait(), notify()方法前，必須獲得obj鎖，也就是必須寫在synchronized(obj) {...} 代碼段內。

# 調用obj.wait()后，線程A就釋放了obj的鎖，否則線程B無法獲得obj鎖，也就無法在synchronized(obj) {...} 代碼段內喚醒A。

# 當obj.wait()方法返回后，線程A需要再次獲得obj鎖，才能繼續執行。

# 如果A1,A2,A3都在obj.wait()，則B調用obj.notify()只能喚醒A1,A2,A3中的一個（具體哪一個由JVM決定）。

# obj.notifyAll()則能全部喚醒A1,A2,A3，但是要繼續執行obj.wait()的下一條語句，必須獲得obj鎖，因此，A1,A2,A3只有一個有機會獲得鎖繼續執行，例如A1，其余的需要等待A1釋放obj鎖之后才能繼續執行。

# 當B調用obj.notify/notifyAll的時候，B正持有obj鎖，因此，A1,A2,A3雖被喚醒，但是仍無法獲得obj鎖。直到B退出synchronized塊，釋放obj鎖后，A1,A2,A3中的一個才有機會獲得鎖繼續執行。

wait()/sleep()的區別

前面講了wait/notify機制，Thread還有一個sleep()靜態方法，它也能使線程暫停一段時間。sleep與wait的不同點是：sleep并不釋放鎖，并且sleep的暫停和wait暫停是不一樣的。obj.wait會使線程進入obj對象的等待集合中并等待喚醒。

但是wait()和sleep()都可以通過interrupt()方法打斷線程的暫停狀態，從而使線程立刻拋出InterruptedException。

如果線程A希望立即結束線程B，則可以對線程B對應的Thread實例調用interrupt方法。如果此刻線程B正在wait/sleep/join，則線程B會立刻拋出InterruptedException，在catch() {} 中直接return即可安全地結束線程。

需要注意的是，InterruptedException是線程自己從內部拋出的，并不是interrupt()方法拋出的。對某一線程調用interrupt()時，如果該線程正在執行普通的代碼，那么該線程根本就不會拋出InterruptedException。但是，一旦該線程進入到wait()/sleep()/join()后，就會立刻拋出InterruptedException。

GuardedSuspention

GuardedSuspention模式主要思想是：

當條件不滿足時，線程等待，直到條件滿足時，等待該條件的線程被喚醒。

我們設計一個客戶端線程和一個服務器線程，客戶端線程不斷發送請求給服務器線程，服務器線程不斷處理請求。當請求隊列為空時，服務器線程就必須等待，直到客戶端發送了請求。

先定義一個請求隊列：Queue

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package me.luger.Thread;

import java.util.*;

public class Queue {
    private List queue = new LinkedList();

    public synchronized Request getRequest() {
        while (queue.size() == 0) {
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException ie) {
                return null;
            }
        }
        return (Request) queue.remove(0);
    }

    public synchronized void putRequest(Request request) {
        queue.add(request);
        this.notifyAll();
    }

}
 

藍色部分就是服務器線程的等待條件，而客戶端線程在放入了一個request后，就使服務器線程等待條件滿足，于是喚醒服務器線程。

客戶端線程：ClientThread

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package me.luger.Thread;

public class ClientThread extends Thread {
    private Queue queue;
    private String clientName;

    public ClientThread(Queue queue, String clientName) {
        this.queue = queue;
        this.clientName = clientName;
    }

    public String toString() {
        return "[ClientThread-" + clientName + "]";
    }

    public void run() {
    for(int i=0; i<100; i++ ) {
        Request request = new Request("" (long)(Math.random()*10000));
        System.out.println(this " send request: " request);
        queue.putRequest(request);
        try {
            Thread.sleep((long)(Math.random() * 10000 1000));
        }
            catch(InterruptedException ie) {
        }
    }
    System.out.println(this " shutdown.");
    }
}
 

服務器線程：ServerThread

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package com.crackj2ee.thread;

public class ServerThread extends Thread {
    private boolean stop = false;
    private Queue queue;

    public ServerThread(Queue queue) {
        this.queue = queue;
    }

    public void shutdown() {
        stop = true;
        this.interrupt();
        try {
            this.join();
        } catch (InterruptedException ie) {
        }
    }

    public void run() {
            while(!stop) {
                Request request = queue.getRequest();
                System.out.println("[ServerThread] handle request: " request);
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                }
                catch(InterruptedException ie) {}
            }
            System.out.println("[ServerThread] shutdown.");
        }
}
 

服務器線程在紅色部分可能會阻塞，也就是說，Queue.getRequest是一個阻塞方法。這和java標準庫的許多IO方法類似。

最后，寫一個Main來啟動他們：

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package me.luger.thread;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Queue queue = new Queue();
        ServerThread server = new ServerThread(queue);
        server.start();
        ClientThread[] clients = new ClientThread[5];
        for(int i=0; i<CLIENTS.LENGTH; {
            clients[i] = new ClientThread(queue, "" i);
            clients[i].start();
        }
        try {
            Thread.sleep(100000);
        }
        catch(InterruptedException ie) {}
        server.shutdown();
    }
}
 

我們啟動了5個客戶端線程和一個服務器線程，運行結果如下：

[ClientThread-0] send request: Request-4984
[ServerThread] handle request: Request-4984
[ClientThread-1] send request: Request-2020
[ClientThread-2] send request: Request-8980
[ClientThread-3] send request: Request-5044
[ClientThread-4] send request: Request-548
[ClientThread-4] send request: Request-6832
[ServerThread] handle request: Request-2020
[ServerThread] handle request: Request-8980
[ServerThread] handle request: Request-5044
[ServerThread] handle request: Request-548
[ClientThread-4] send request: Request-1681
[ClientThread-0] send request: Request-7859
[ClientThread-3] send request: Request-3926
[ServerThread] handle request: Request-6832
[ClientThread-2] send request: Request-9906
......

可以觀察到ServerThread處理來自不同客戶端的請求。

思考

Q: 服務器線程的wait條件while(queue.size()==0)能否換成if(queue.size()==0)?

A: 在這個例子中可以，因為服務器線程只有一個。但是，如果服務器線程有多個（例如Web應用程序有多個線程處理并發請求，這非常普遍），就會造成嚴重問題。

Q: 能否用sleep(1000)代替wait()?

A: 絕對不可以。sleep()不會釋放鎖，因此sleep期間別的線程根本沒有辦法調用getRequest()和putRequest()，導致所有相關線程都被阻塞。

Q: (Request)queue.remove(0)可以放到synchronized() {}塊外面嗎？

A: 不可以。因為while()是測試queue，remove()是使用queue，兩者是一個原子操作，不能放在synchronized外面。

總結

多線程設計看似簡單，實際上必須非常仔細地考慮各種鎖定/同步的條件，稍不小心，就可能出錯。并且，當線程較少時，很可能發現不了問題，一旦問題出現又難以調試。

所幸的是，已有一些被驗證過的模式可以供我們使用，我們會繼續介紹一些常用的多線程設計模式。

posted on 2012-11-03 11:18 Chan Chen 閱讀(201) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: Scala / Java