第一章 等待唤醒机制

第一章 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。

　　

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，所以它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。

 代码示例：

BaoZi.java：

/*
    资源类:包子类
    设置包子的属性
        皮
        陷
        包子的状态: 有 true,没有 false
 */
public class BaoZi {
    //皮
    String pi;
    //陷
    String xian;
    //包子的状态: 有 true,没有 false,设置初始值为false没有包子
    boolean flag = false;

}

BaoZiPu.java：

/*
    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
        增加一些趣味性:交替生产两种包子
            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){
            //必须同时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){
                    //包子铺调用wait方法进入等待状态
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                //被唤醒之后执行,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 牛肉大葱陷
                    bz.pi = "冰皮";
                    bz.xian = "牛肉大葱陷";

                }
                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,让吃货线程吃包子
                bz.notify();
                System.out.println("包子铺已经生产好了:"+bz.pi+bz.xian+"包子,吃货可以开始吃了");
            }
        }
    }
}

ChiHuo.java：

/*
    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
    对包子的状态进行判断
    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
        修改包子的状态为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,让吃货一直吃包子
        while (true){
            //必须同时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==false){
                    //吃货调用wait方法进入等待状态
                    try {
                        bz.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

                //被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("----------------------------------------------------");
            }
        }
    }
}

调用执行：

Demo.java：

/*
    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,开启,吃包子;
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建包子对象;
        BaoZi bz =new BaoZi();
        //创建包子铺线程,开启,生产包子;
        new BaoZiPu(bz).start();
        //创建吃货线程,开启,吃包子;
        new ChiHuo(bz).start();
    }
}