等待唤醒机制

着重讲讲等待唤醒机制

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。

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。

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，是用于解决线程间通信的问题的。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：

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。

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。
• 当没有包子时，吃货线程等待
• 包子铺线程生产包子后，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。

我们可以用代码来模拟。

首先，我们需要一个资源类（也就是包子类），假设有包子皮，包子馅以及包子的状态（true 为存在包子，false 为不存在）这 3 个成员变量

然后我们需要一个生产者（也就是包子铺）：

• 继承 Thread 类（或实现 Runnable 接口）

• 其 run 方法就是生产包子

• 在方法内会判断是否有包子

  • 有则调用 wait 方法进入等待状态
  • 没有则生产包子，并修改包子的状态，唤醒吃货线程

还需要一个消费者（也就是吃货）：

• 继承 Thread 类（或实现 Runnable 接口）

• 其 run 方法就是吃包子

• 在方法内会判断是否有包子

  • 没有包子则调用 wait，进入等待状态
  • 有包子则吃，然后修改包子状态，并唤醒包子铺线程，生产包子

最后我们需要一个测试类：

• 包含 main 方法
• 创建包子对象，包子铺线程，吃货线程，并开启

注意：包子铺和吃货线程是通信关系（互斥的），为此必须使用同步技术，保证只有一个线程在执行，锁对象必须唯一（可以使用包子对象作为锁对象），因此我们可以将包子对象传递给包子铺和吃货。

接下来用代码实现。包子资源类：

public class BaoZi {
     String  pier ;
     String  xianer ;
     boolean  flag = false ;//包子资源 是否存在  包子资源状态
}

吃货线程类：

public class ChiHuo extends Thread{
    private BaoZi bz;

    public ChiHuo(String name,BaoZi bz){
        super(name);
        this.bz = bz;
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (bz){
                if(bz.flag == false){//没包子
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("吃货正在吃"+bz.pier+bz.xianer+"包子");
                bz.flag = false;
                bz.notify();
            }
        }
    }
}

包子铺线程类：

public class BaoZiPu extends Thread {

    private BaoZi bz;

    public BaoZiPu(String name,BaoZi bz){
        super(name);
        this.bz = bz;
    }

    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        //造包子
        while(true){
            //同步
            synchronized (bz){
                if(bz.flag == true){//包子资源  存在
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                // 没有包子  造包子
                System.out.println("包子铺开始做包子");
                if(count%2 == 0){
                    // 冰皮  五仁
                    bz.pier = "冰皮";
                    bz.xianer = "五仁";
                }else{
                    // 薄皮  牛肉大葱
                    bz.pier = "薄皮";
                    bz.xianer = "牛肉大葱";
                }
                count++;

                bz.flag=true;
                System.out.println("包子造好了："+bz.pier+bz.xianer);
                System.out.println("吃货来吃吧");
                //唤醒等待线程 （吃货）
                bz.notify();
            }
        }
    }
}

测试类：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //等待唤醒案例
        BaoZi bz = new BaoZi();

        ChiHuo ch = new ChiHuo("吃货",bz);
        BaoZiPu bzp = new BaoZiPu("包子铺",bz);

        ch.start();
        bzp.start();
    }
}

执行效果：

包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子
包子铺开始做包子
包子造好了：薄皮牛肉大葱
吃货来吃吧
吃货正在吃薄皮牛肉大葱包子
包子铺开始做包子
包子造好了：冰皮五仁
吃货来吃吧
吃货正在吃冰皮五仁包子