Object的wait/notify/notifyAll&&Thread的sleep/yield/join/holdsLock

一、wait/notify/notifyAll都是Object类的实例方法

1、wait方法：阻塞当前线程等待notify/notifyAll方法的唤醒，或等待超时后自动唤醒。

wait等待其实是对象monitor

JDK中提供了三个重载方法，

　　（1）void wait()方法的作用是将当前运行的线程挂起（即让其进入阻塞状态），不再占据CPU，直到notify或notifyAll方法来唤醒线程.

　　（2）void wait(long timeout)，该方法与wait()方法类似，唯一的区别就是在指定时间内，如果没有notify或notifAll方法的唤醒，也会自动唤醒。

　　（3）void wait(long timeout,long nanos)，本意在于更精确的控制调度时间，不过从目前版本来看，该方法貌似没有完整的实现该功能。

注意：wait(0);// timeout 为零时，则不考虑实际时间，在获得通知前该线程将一直等待；和wait()是一样的含义。实际wait()的实现就一句代码：wait(0)

我们写一段代码实现：程序执行以后，暂停一秒，然后再执行。

package com.paddx.test.concurrent;

public class WaitTest {

    public void testWait(){
        System.out.println("Start-----");
        try {
            wait(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("End-------");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final WaitTest test = new WaitTest();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                test.testWait();
            }
        }).start();
    }
}

运行上述代码，查看结果：

Start-----

Exception in thread "Thread-0" java.lang.IllegalMonitorStateException

    at java.lang.Object.wait(Native Method)

    at com.paddx.test.concurrent.WaitTest.testWait(WaitTest.java:8)

    at com.paddx.test.concurrent.WaitTest$1.run(WaitTest.java:20)

    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

 

这段程序并没有按我们的预期输出相应结果，而是抛出了一个异常。大家可能会觉得奇怪为什么会抛出异常？而抛出的IllegalMonitorStateException异常又是什么？我们可以看一下JDK中对IllegalMonitorStateException的描述：

Thrown to indicate that a thread has attempted to wait on an object's monitor or to notify other threads waiting on an object's monitor without owning the specified monitor.

这句话的意思大概就是：线程 试图等待对象的监视器 或者 试图通知其他正在等待对象监视器 的线程，但本身没有对应的监视器的所有权。

这个问题在《synchronized底层实现原理》一文中有提到过，wait方法是一个本地方法，其底层是通过一个叫做监视器锁的对象来完成的。所以上面之所以会抛出异常，是因为在调用wait方式时没有获取到monitor对象的所有权。

那如何获取monitor对象所有权？Java中只能通过synchronized关键字来完成，修改上述代码，增加Synchronized关键字：

package com.paddx.test.concurrent;

public class WaitTest {

    public synchronized void testWait(){//增加Synchronized关键字
        System.out.println("Start-----");
        try {
            wait(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("End-------");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final WaitTest test = new WaitTest();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                test.testWait();
            }
        }).start();
    }
}

现在再运行上述代码，就能看到预期的效果了：

Start-----

End-------

于是通过wait(long timeout)方法在单线程中，便实现了与Thread.sleep(long millis)一样的效果

 

通过这个例子，我们明白：wait方法的使用必须在同步的范围内，即执行时当前线程必须拥有moniter对象的所有权，否则就会抛出IllegalMonitorStateException异常。同理，notify/notifyAll方法执行时有同样的要求

2、notify/notifyAll方法

（1）void notify() ：Wakes up a single thread that is waiting on this object's monitor.  有多个线程在等待同一个object的monitor时，仅仅唤醒其中的一个线程（随机选择， 或者说是竞争到锁的那一个）

（2）void notifyAll()：Wakes up all threads that are waiting on this object's monitor.  有多个线程在等待同一个object的monitor时，会唤醒全部的这些线程（按照竞争到锁的顺序逐个唤醒）

wait/notify/notifyAll是通过对象的monitor对象来实现的，只要在同一对象上去调用notify/notifyAll方法，就可以唤醒对应对象monitor上等待的线程了

看下面的例子来理解这两者的差别：

package com.paddx.test.concurrent;

public class NotifyTest {
    public synchronized void testWait(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" Start-----");
        try {
            wait(0);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" End-------");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final NotifyTest test = new NotifyTest();
        for(int i=0;i<5;i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    test.testWait();
                }
            }).start();
        }

        Thread.sleep(1000);
        synchronized (test) {
            test.notify();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("-----------分割线-------------");
        
        synchronized (test) {
            test.notifyAll();
        }
    }
}

输出结果如下：

Thread-0 Start-----

Thread-1 Start-----

Thread-2 Start-----

Thread-3 Start-----

Thread-4 Start-----

Thread-0 End-------

-----------分割线-------------

Thread-4 End-------

Thread-3 End-------

Thread-2 End-------

Thread-1 End-------

从结果可以看出：调用notify方法时只有线程Thread-0被唤醒，但是调用notifyAll时，所有的线程都被唤醒了。

最后，有两点点需要注意：

　　（1）调用wait方法后，线程是会释放对monitor对象的所有权。

　　（2）一个通过wait方法阻塞的线程，必须同时满足以下两个条件才能被真正执行：

• 　　　　线程需要被唤醒（超时唤醒或调用notify/notifyAll）
• 　　　　线程唤醒后需要竞争到锁（monitor）

注意： notifyAll时，如果多个线程在wait，此时多个线程需要对锁进行竞争；竞争到锁的线程获得执行，等该线程释放锁后，剩下的线程再次竞争；如此重复，直到上一轮wait的线程都得到一次锁得以执行，否则一旦有线程释放了锁，未曾得到过锁的线程还会得到通知。

二、Thread类的sleep/yield/join方法：sleep和yield是静态方法，join是实例方法

sleep/join的底层实现也使用了synchronized /wait等机制或方法

1、sleep

先看一下实现源码：

public static void sleep(long millis) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(millis, 0);
}

public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException {
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("millis < 0: " + millis);
        }
        if (nanos < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("nanos < 0: " + nanos);
        }
        if (nanos > 999999) {
            throw new IllegalArgumentException("nanos > 999999: " + nanos);
        }

        // The JLS 3rd edition, section 17.9 says: "...sleep for zero
        // time...need not have observable effects."
        if (millis == 0 && nanos == 0) {
            // ...but we still have to handle being interrupted.
            if (Thread.interrupted()) {
              throw new InterruptedException();
            }
            return;
        }

        long start = System.nanoTime();
        long duration = (millis * NANOS_PER_MILLI) + nanos;

        Object lock = currentThread().lock;

        // Wait may return early, so loop until sleep duration passes.
        synchronized (lock) {//还是使用了锁
            while (true) {
                sleep(lock, millis, nanos);

                long now = System.nanoTime();
                long elapsed = now - start;

                if (elapsed >= duration) {
                    break;
                }

                duration -= elapsed;
                start = now;
                millis = duration / NANOS_PER_MILLI;
                nanos = (int) (duration % NANOS_PER_MILLI);
            }
        }
    }

@FastNative
private static native void sleep(Object lock, long millis, int nanos)
        throws InterruptedException;

sleep方法的作用是让当前线程暂停指定的时间（毫秒）。唯一需要注意的是其与wait方法的区别。

1）wait方法依赖于同步，而sleep方法可以直接调用。

2）sleep方法只是暂时让出CPU的执行权，并不释放锁。而wait方法则需要释放锁。（看下面的例子理解）

第2）个区别可以理解 调用 Thread.sleep(0) 的作用：进行一次CPU使用权的重新争夺

package com.paddx.test.concurrent;

public class SleepTest {
    public synchronized void sleepMethod(){
        System.out.println("Sleep start-----");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Sleep end-----");
    }

    public synchronized void waitMethod(){
        System.out.println("Wait start-----");
        synchronized (this){
            try {
                wait(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("Wait end-----");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SleepTest test1 = new SleepTest();

        for(int i = 0;i<3;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    test1.sleepMethod();
                }
            }).start();
        }


        try {
            Thread.sleep(10000);//暂停十秒，等上面程序执行完成
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("-----分割线-----");

        final SleepTest test2 = new SleepTest();

        for(int i = 0;i<3;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    test2.waitMethod();
                }
            }).start();
        }

    }
}

执行结果：

Sleep start-----

Sleep end-----

Sleep start-----

Sleep end-----

Sleep start-----

Sleep end-----

-----分割线-----

Wait start-----

Wait start-----

Wait start-----

Wait end-----

Wait end-----

Wait end-----

 

这个结果的区别很明显，通过sleep方法实现的暂停，程序是顺序进入同步块的，只有当上一个线程执行完成的时候，下一个线程才能进入同步方法，sleep暂停期间一直持有monitor对象锁，其他线程是不能进入的。

而wait方法则不同，当调用wait方法后，当前线程会释放持有的monitor对象锁，因此，其他线程还可以进入到同步方法，线程被唤醒后，需要竞争锁，获取到锁之后再继续执行。

 

 

2、yield方法

yield方法的作用是暂停当前线程，以便其他线程有机会执行，不过不能指定暂停的时间，并且也不能保证当前线程马上停止。yield方法只是将Running状态转变为Runnable状态。我们还是通过一个例子来演示其使用：

package com.paddx.test.concurrent;

public class YieldTest implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        for(int i=0;i<5;i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
            Thread.yield();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        YieldTest runn = new YieldTest();
        Thread t1 = new Thread(runn,"FirstThread");
        Thread t2 = new Thread(runn,"SecondThread");

        t1.start();
        t2.start();

    }
}

运行结果如下：

FirstThread: 0

SecondThread: 0

FirstThread: 1

SecondThread: 1

FirstThread: 2

SecondThread: 2

FirstThread: 3

SecondThread: 3

FirstThread: 4

SecondThread: 4

这个例子就是通过yield方法来实现两个线程的交替执行。不过请注意：这种交替并不一定能得到保证，源码中也对这个问题也进行了说明。

源码中的说明主要说了三个问题：

• 　　调度器可能会忽略该方法。
• 　　使用的时候要仔细分析和测试，确保能达到预期的效果。
• 　　很少有场景要用到该方法，主要使用的地方是调试和测试。　

3、join方法

首先贴一下源码实现：

public final void join(long millis, int nanos)
    throws InterruptedException {
        synchronized(lock) {
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
            throw new IllegalArgumentException(
                                "nanosecond timeout value out of range");
        }

        if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) {
            millis++;
        }

        join(millis);
        }
}

public final void join() throws InterruptedException {
        join(0);
}

public final void join(long millis) throws InterruptedException {
        synchronized(lock) {//使用了锁
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isAlive()) {
                lock.wait(0);//调用了wait
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                lock.wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
        }
}

void join()：Waits for this thread to die.

void join(long millis)：Waits at most millis milliseconds for this thread to die.

void join(long millis, int nanos)：Waits at most millis milliseconds plus nanos nanoseconds for this thread to die.

 

注意：join(0);// millis 为零时，则不考虑实际时间，在该线程执行结束前将一直等待；和join()是一样的含义。实际join()的实现就一句代码：join(0)

 

join方法的作用是父线程等待子线程执行完成后再执行；换句话说就是将异步执行的线程合并为同步的线程：把thread实例对应的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。

比如在线程B中调用了线程A的Join()方法，直到线程A执行完毕后，才会继续执行线程B。

t.join();      //调用join方法，等待线程t执行完毕
t.join(1000);  //等待 t 线程，等待时间是1000毫秒

我们可以看上述join方法的源码，这样更容易理解：

重点关注一下join(long millis)方法的实现，可以看出join方法就是通过wait方法来将线程的阻塞，如果join的线程还在执行，则将当前线程阻塞起来，直到join的线程执行完成，当前线程才能执行。不过有一点需要注意，这里的join只调用了wait方法，却没有对应的notify方法，原因是Thread的start方法中做了相应的处理，所以当join的线程执行完成以后，会自动唤醒主线程继续往下执行。

下面我们通过一个例子来演示join方法的作用：

 （1）不使用join方法：

package com.paddx.test.concurrent;

public class JoinTest implements Runnable{
    @Override
    public void run() {

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start-----");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " end------");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i=0;i<5;i++) {
            Thread test = new Thread(new JoinTest());
            test.start();
        }

        System.out.println("Finished~~~");
    }
}

执行结果如下：

Thread-0 start-----

Thread-1 start-----

Thread-2 start-----

Thread-3 start-----

Finished~~~

Thread-4 start-----

Thread-2 end------

Thread-4 end------

Thread-1 end------

Thread-0 end------

Thread-3 end------

（2）使用join方法：

package com.paddx.test.concurrent;

public class JoinTest implements Runnable{
    @Override
    public void run() {

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start-----");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " end------");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i=0;i<5;i++) {
            Thread test = new Thread(new JoinTest());
            test.start();
            try {
                test.join(); //调用join方法
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("Finished~~~");
    }
}

执行结果如下：

Thread-0 start-----

Thread-0 end------

Thread-1 start-----

Thread-1 end------

Thread-2 start-----

Thread-2 end------

Thread-3 start-----

Thread-3 end------

Thread-4 start-----

Thread-4 end------

Finished~~~

对比两段代码的执行结果很容易发现，在没有使用join方法之间，线程是并发执行的，而使用join方法后，所有线程是顺序执行的。

 

参考 http://www.cnblogs.com/paddix/p/5381958.html

 

4.holdsLock Thread类的静态方法

public static boolean holdsLock(Object obj)  //判断当前线程是否拥有obj的锁（Monitor）