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等待唤醒机制

时间:2020-04-03 23:58:58      阅读:115      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:except   catch   ring   动作   vat   队列   tac   并且   nts   

等待唤醒机制

1.1 线程间通信

概念:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。

比如:线程A用来生成包子的,线程B用来吃包子的,包子可以理解为同一资源,线程A与线程B处理的动作,一个是生产,一个是消费,那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。

技术图片

为什么要处理线程间通信:

多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。

如何保证线程间通信有效利用资源:

多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

1.2 等待唤醒机制

什么是等待唤醒机制

这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争(race),比如去争夺锁,但这并不是故事的全部,线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们,你们可能存在在晋升时的竞争,但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

就是在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态(wait()), 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒(notify());在有多个线程进行等待时, 如果需要,可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

等待唤醒中的方法

等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的,使用到的3个方法的含义如下:

  1. wait:线程不再活动,不再参与调度,进入 wait set 中,因此不会浪费 CPU 资源,也不会去竞争锁了,这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作,也即是“通知(notify)”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来,重新进入到调度队列(ready queue)中
  2. notify:则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放;例如,餐馆有空位置后,等候就餐最久的顾客最先入座。
  3. notifyAll:则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意:

哪怕只通知了一个等待的线程,被通知线程也不能立即恢复执行,因为它当初中断的地方是在同步块内,而此刻它已经不持有锁,所以她需要再次尝试去获取锁(很可能面临其它线程的竞争),成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。

总结如下:

  • 如果能获取锁,线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态;
  • 否则,从 wait set 出来,又进入 entry set,线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态

调用wait和notify方法需要注意的细节

  1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
  2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
  3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过锁对象调用这2个方法。

1.3 生产者与消费者问题

等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源:

包子铺线程生产包子,吃货线程消费包子。当包子没有时(包子状态为false),吃货线程等待,包子铺线程生产包子(即包子状态为true),并通知吃货线程(解除吃货的等待状态),因为已经有包子了,那么包子铺线程进入等待状态。接下来,吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁,那么就执行吃包子动作,包子吃完(包子状态为false),并通知包子铺线程(解除包子铺的等待状态),吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。
技术图片

示例代码:

资源类:包子类
设置包子的属性


包子的状态:有 true 没有 false

public class BaoZi {
    /**
     *  皮
     *  馅
     *  包子的状态:有true 没有false 初始值设为false没有包子
     */

    String pi;
    String xian;
    boolean flag = false;
}

生产者(包子铺)类:是一个线程类,可以继承Thread
设置线程任务(run):生产包子
对包子的状态进行判断
true:有包子
包子铺调用wait方法进入等待状态
false:没有包子
包子铺生产包子
增加趣味性:生产两种包子
有两种状态(i%2 == 0)
包子铺生产好了包子
修改包子的状态为true 有
唤醒吃货线程,让吃货线程吃包子
注意:
包子铺线程和包子线程关系--->通信(互斥)
必须同时同步技术保证两个线程只能有一个在执行
锁对象必须保证唯一,可以使用包子对象作为锁对象
包子铺类和吃货的类就需要把包子对象作为参数传递进来
1.需要在成员位置创建一个包子变量
2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值

public class BaoZiPu extends Thread{
    /**
     1.需要在成员位置创建一个包子变量
      */
    private BaoZi bz;
    // 2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值
    public BaoZiPu(BaoZi bz){
        this.bz = bz;
    }
    // 设置线程任务(run):生产包子
    @Override
    public void run(){
        // 定义一个变量
        int count = 0;
        // 让包子铺一直生产包子
        while (true){
            // 必须使用同步技术保证两个线程只能有一个在执行
            synchronized (bz){
                // 对包子的状态进行判断
                if (bz.flag == true){
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                // 被唤醒后执行,包子铺生产包子
                // 增加一些趣味性:交替生产两种包子
                if (count % 2==0){
                    // 生产  薄皮三鲜馅包子
                    bz.pi = "薄皮";
                    bz.xian = "三鲜馅";
                }else{
                    // 生产 冰皮牛肉大葱馅
                    bz.pi = "冰皮";
                    bz.xian="牛肉大葱馅";
                }
                count++;
                System.out.println("包子铺正在生产:"+bz.pi+bz.xian+"包子");
                // 生产包子需要3秒钟
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 包子铺生产好了包子
                // 修改包子的状态为true 有
                bz.flag = true;
                // 唤醒吃货线程,让吃货吃包子
                bz.notify();
                System.out.println("包子铺已经生产好了:"+bz.pi+bz.xian+"包子");
            }
        }
    }
}

消费者(吃货)类:是一个线程类,可以继承Thread
设置线程任务(run):吃包子
对包子进行判断
false:没有包子
吃货调用wait()方法进入等待状态
true:有包子
吃货吃包子
吃货吃完包子
修改包子状态为false没有
吃货唤醒包子铺线程,生产包子

public class ChiHuo extends Thread{
    // 1.需要在成员变量位置创建一个包子变量
    private BaoZi bz;
    // 2.使用带参数构造方法,为这个包子变量赋值
    public ChiHuo(BaoZi bz){
        this.bz = bz;
    }
    // 设置线程任务(run):吃包子
    @Override
    public void run(){
        // 使用死循环,让吃货一致吃包子
        while (true){
            // 必须使用同步技术保证两个县城只有一个在执行
            synchronized (bz){
                // 对包子状态进行判断
                if (bz.flag == false){
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                // 唤醒之后执行的代码  吃包子
                System.out.println("吃货正在吃:"+bz.pi+bz.xian+"的包子");
                // 吃货吃完了包子 修改包子的状态为false 没有
                bz.flag = false;
                // 吃货唤醒包子铺线程,生产包子
                bz.notify();
                System.out.println("吃货已经把:"+bz.pi+bz.xian+"的包子吃完了,包子铺开始生产包子");
                System.out.println("------------------");
            }
        }
    }
}

测试类:
包含main方法,程序执行的入口,启动程序
创建包子对象
创建包子铺线程,开启生产包子
创建吃货线程吃包子

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        BaoZi bz = new BaoZi();
        new BaoZiPu(bz).start();
        new ChiHuo(bz).start();
    }
}

部分运行结果:
包子铺正在生产:薄皮三鲜馅包子
包子铺已经生产好了:薄皮三鲜馅包子
吃货正在吃:薄皮三鲜馅的包子
吃货已经把:薄皮三鲜馅的包子吃完了,包子铺开始生产包子

包子铺正在生产:冰皮牛肉大葱馅包子

等待唤醒机制

标签:except   catch   ring   动作   vat   队列   tac   并且   nts   

原文地址:https://www.cnblogs.com/anke-z/p/12629475.html

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