Java線程：線程的交互

Java線程：線程的交互

 

SCJP5學習筆記

 

線程交互是比較複雜的問題，SCJP要求不很基礎：給定一個場景，編寫代碼來恰當使用等待、通知和通知所有線程。

 

一、線程交互的基礎知識

 

SCJP所要求的線程交互知識點需要從java.lang.Object的類的三個方法來學習：

 

 void notify() 
          喚醒在此對象監視器上等待的單個線程。 
 void notifyAll() 
          喚醒在此對象監視器上等待的所有線程。 
 void wait() 
          導致當前的線程等待，直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法。

 

當然，wait()還有另外兩個重載方法：

 void wait(long timeout) 
          導致當前的線程等待，直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者超過指定的時間量。 
 void wait(long timeout, int nanos) 
          導致當前的線程等待，直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者其他某個線程中斷當前線程，或者已超過某個實際時間量。

 

以上這些方法是幫助線程傳遞線程關心的時間狀態。

 

關於等待/通知，要記住的關鍵點是：

必須從同步環境內調用wait()、notify()、notifyAll()方法。線程不能調用對象上等待或通知的方法，除非它擁有那個對象的鎖。

wait()、notify()、notifyAll()都是Object的實例方法。與每個對象具有鎖一樣，每個對象可以有一個線程列表，他們等待來自該信號（通知）。線程通過執行對象上的wait()方法獲得這個等待列表。從那時候起，它不再執行任何其他指令，直到調用對象的notify()方法爲止。如果多個線程在同一個對象上等待，則將只選擇一個線程（不保證以何種順序）繼續執行。如果沒有線程等待，則不採取任何特殊操作。

 

下面看個例子就明白了：

/** 
* 計算輸出其他線程鎖計算的數據 
* 
* @author leizhimin 2008-9-15 13:20:38 
*/ 
public class ThreadA { 
    public static void main(String[] args) { 
        ThreadB b = new ThreadB(); 
        //啓動計算線程 
        b.start(); 
        //線程A擁有b對象上的鎖。線程爲了調用wait()或notify()方法，該線程必須是那個對象鎖的擁有者 
        synchronized (b) { 
            try { 
                System.out.println("等待對象b完成計算。。。"); 
                //當前線程A等待 
                b.wait(); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
            System.out.println("b對象計算的總和是：" + b.total); 
        } 
    } 
}

 

/** 
* 計算1+2+3 ... +100的和 
* 
* @author leizhimin 2008-9-15 13:20:49 
*/ 
public class ThreadB extends Thread { 
    int total; 

    public void run() { 
        synchronized (this) { 
            for (int i = 0; i < 101; i++) { 
                total += i; 
            } 
            //（完成計算了）喚醒在此對象監視器上等待的單個線程，在本例中線程A被喚醒 
            notify(); 
        } 
    } 
}

 

等待對象b完成計算。。。 
b對象計算的總和是：5050 

Process finished with exit code 0 

 

千萬注意：

當在對象上調用wait()方法時，執行該代碼的線程立即放棄它在對象上的鎖。然而調用notify()時，並不意味着這時線程會放棄其鎖。如果線程榮然在完成同步代碼，則線程在移出之前不會放棄鎖。因此，只要調用notify()並不意味着這時該鎖變得可用。

 

二、多個線程在等待一個對象鎖時候使用notifyAll()

 

在多數情況下，最好通知等待某個對象的所有線程。如果這樣做，可以在對象上使用notifyAll()讓所有在此對象上等待的線程衝出等待區，返回到可運行狀態。

 

下面給個例子：

/** 
* 計算線程 
* 
* @author leizhimin 2008-9-20 11:15:46 
*/ 
public class Calculator extends Thread { 
        int total; 

        public void run() { 
                synchronized (this) { 
                        for (int i = 0; i < 101; i++) { 
                                total += i; 
                        } 
                } 
                //通知所有在此對象上等待的線程 
                notifyAll(); 
        } 
}

 

/** 
* 獲取計算結果並輸出 
* 
* @author leizhimin 2008-9-20 11:15:22 
*/ 
public class ReaderResult extends Thread { 
        Calculator c; 

        public ReaderResult(Calculator c) { 
                this.c = c; 
        } 

        public void run() { 
                synchronized (c) { 
                        try { 
                                System.out.println(Thread.currentThread() + "等待計算結果。。。"); 
                                c.wait(); 
                        } catch (InterruptedException e) { 
                                e.printStackTrace(); 
                        } 
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "計算結果爲：" + c.total); 
                } 
        } 

        public static void main(String[] args) { 
                Calculator calculator = new Calculator(); 

                //啓動三個線程，分別獲取計算結果 
                new ReaderResult(calculator).start(); 
                new ReaderResult(calculator).start(); 
                new ReaderResult(calculator).start(); 
                //啓動計算線程 
                calculator.start(); 
        } 
}

 

運行結果：

Thread[Thread-1,5,main]等待計算結果。。。 
Thread[Thread-2,5,main]等待計算結果。。。 
Thread[Thread-3,5,main]等待計算結果。。。 
Exception in thread "Thread-0" java.lang.IllegalMonitorStateException: current thread not owner 
  at java.lang.Object.notifyAll(Native Method) 
  at threadtest.Calculator.run(Calculator.java:18) 
Thread[Thread-1,5,main]計算結果爲：5050 
Thread[Thread-2,5,main]計算結果爲：5050 
Thread[Thread-3,5,main]計算結果爲：5050 

Process finished with exit code 0 

 

運行結果表明，程序中有異常，並且多次運行結果可能有多種輸出結果。這就是說明，這個多線程的交互程序還存在問題。究竟是出了什麼問題，需要深入的分析和思考，下面將做具體分析。

 

實際上，上面這個代碼中，我們期望的是讀取結果的線程在計算線程調用notifyAll()之前等待即可。 但是，如果計算線程先執行，並在讀取結果線程等待之前調用了notify()方法，那麼又會發生什麼呢？這種情況是可能發生的。因爲無法保證線程的不同部分將按照什麼順序來執行。幸運的是當讀取線程運行時，它只能馬上進入等待狀態----它沒有做任何事情來檢查等待的事件是否已經發生。  ----因此，如果計算線程已經調用了notifyAll()方法，那麼它就不會再次調用notifyAll()，----並且等待的讀取線程將永遠保持等待。這當然是開發者所不願意看到的問題。

 

因此，當等待的事件發生時，需要能夠檢查notifyAll()通知事件是否已經發生。

 

通常，解決上面問題的最佳方式是將