java多线程(七)－线程之间的 协作

对于多线程之间的共享受限资源，我们是通过锁（互斥）的方式来进行保护的，从而避免发生受限资源被多个线程同时访问的问题。那么线程之间既然有互斥，那么也会有协作。线程之间的协作也是必不可少的，比如 盖个商场这一个任务，线程A打地基，线程B该楼，线程C装修。在线程A打地基的时候，线程B可以准备必要的盖楼材料，混凝土啊，准备塔吊之类的，但是只有在线程A地基完成之后，线程B才能正式的开始在地基的基础上向上盖楼。这就牵扯到线程间的协作问题。

在所有类的最顶部的父类Object对象中，有几个方法就是用于线程间协作的，notify()、notifyAll()、wait()、wait(long)和 wait(long，int)，这些方法都是final的。
Wait方法，调用wait方法的时机，是当前线程需要某个资源/条件，不过该资源/条件不是自己能控制的，所以就可以调用wait()方法，来让该线程挂起来，来等待需要的资源/条件发生改变。

调用wait方法时，该线程会被notify/nofityAll方法唤醒,或者挂起一段时间后（调用wait（long）），再自己主动醒来。

而某个线程使用完某项资源后，在解除锁之前，决定先通知其他在等待这个资源的线程，我用好了，马上要释放资源了，你们准备好来访问该资源来干活吧。这个时候，就需要调用notify(随机通知一个线程)或notifyAll(通知所有等待这把锁的线程)。

wait()和notify（）系列方法，都要在同步控制方法/同步控制块里才能调用。（就是使用 synchronized或 Lock对象加锁的代码 ），否则就会抛出 IllegalMonitorStateException异常。

举个简单的例子来描述这个过程。线程A，B，C，D，E都要执行打印任务，因为打印机只有一台，所以打印机代码添加 了 synchronized ，线程A先得到了这个资源，所以打印机被加锁了，A在打印自己的东西，没人能给它抢打印机了，线程B一看，自己也用不了打印机了，那就休息一会吧，调用wait（500）方法，计划休息500毫秒之后，再看看打印机是否空闲。线程C和线程D一看这情况，我也休息吧。就调用wait（）对象，线程C和D会一直休息，直到线程A调用notify/notifyAll方法。线程E一看，自己也没法用打印机，那就调用sleep（600），让自己也休息600毫秒再醒来看看吧。

当线程A用完打印机了，准备离开这块地方了（释放锁）之前，准备喊一嗓子通知其他线程。它可以调用notify（）这个方法，会随机的通知到C，D线程中的一个，也可以调用notifyAll（）方法，这个时候C，D线程都会被通知到。至于B，E线程，都是自己给自己设置了一个休息时间，所以到时间了自己醒来看看情况。

注意这个协助的过程，是仅限于等待打印机这个资源的线程。（也就是说，都使用了打印机这把锁，或者等待这把锁），至于那些执行扫地啊，泡茶啊之类的任务的线程，和打印机资源没关系的线程，它们是不在这个协作范围的。

（当然，这个例子中要注意的是，实际上，B，C，D都需要在某个同步代码块里才能调用wait）。

那么wait（）和sleep（）什么区别呢？使用wait（）时，是把自己的锁释放了，而sleep（）则是不释放锁的。所以如果该使用wait时，使用了sleep（）时，那就麻烦了，因为你的锁没释放，你休息了，自己不使用资源了，也不释放锁，别人也无法使用这个资源。

看一个demo来验证这个问题。
先假设一辆车外壳的喷漆过程，这个过程是先要抛光（buff），然后再涂蜡（wax），然后再抛光，然后再涂蜡。这种过程要循环多次。

那么我们的demo就模拟一辆车，然后开启两个线程，一个执行抛光(Buffed)任务，另一个执行涂蜡（WaxOn）任务，明显的，这两个任务是需要相互协作的，因为不可能同时执行。并且是先抛光，后涂蜡，再抛光，再涂蜡，这个依次循环的过程。

代码地址：src hread_runnableWaxAndBuff.java

class Car{
    private boolean waxOn = false;
    //涂蜡操作
    public synchronized void waxed(){
        waxOn = true;   //已经涂蜡了，下一步可以 抛光了
        notifyAll();
    }
    //抛光操作
    public synchronized void buffing() {
        waxOn = false;   
        notifyAll();
    }
    public synchronized void waitForWaxing() throws InterruptedException{
        while(waxOn == false) {
            wait();
        }
    }
    public synchronized void waitForBuffing() throws InterruptedException{
        while (waxOn == true){
            wait();
        }
    }
}//end of "class Car"

//执行 涂蜡 任务
class WaxOn implements Runnable{
    private Car mCar;
    
    public WaxOn(Car mCar) {
        this.mCar = mCar;
    }

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        try {
            while (!Thread.interrupted()){
                System.out.println("WaxOn, 开始涂蜡     " + Thread.currentThread().getName());
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200); //模拟 涂蜡需要的 耗时
                mCar.waxed();
                mCar.waitForBuffing();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO: handle exception
            System.out.println("WaxOn, exiting via interrupt  " + Thread.currentThread().getName());
        }
        System.out.println("WaxOn, ending of task  " + Thread.currentThread().getName());
    }
    
}//end of "class  WaxOn"

//执行 抛光
class Buffed implements Runnable{
    private Car mCar;
    public Buffed(Car mCar) {
        this.mCar = mCar;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while(!Thread.interrupted()){
                mCar.waitForWaxing();
                System.out.println("Buffed, 开始抛光    " + Thread.currentThread().getName());
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300); //模拟抛光需要的耗时
                mCar.buffing();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Buffed, exiting via interrupt  " + Thread.currentThread().getName());
        }
        System.out.println("Buffed, ending of task  " + Thread.currentThread().getName());
    }
}

public class WaxAndBuff {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        // TODO Auto-generated method stub
        Car car = new Car();
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(new Buffed(car));
        exec.execute(new WaxOn(car));
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3); //main 线程sleep几秒钟
        exec.shutdownNow();// interrupt,中断所有的任务

    }
}

输出结果：

析代码如下，在Car对象中，使用一个boolean值 waxOn来标识是否已经涂蜡了，waxed方法(涂蜡)和抛光buffing方法（抛光）来模拟对应的动作，并且改变waxOn的状态，当他们完成各自的操作后，调用nofityAll()来通知等待这把锁的其他线程。而对于某一个线程，在执行具体的操作之前，调用 waitForWaxing方法或waitForBuffing方法来查看是否满足执行操作的条件。（不要忘记了我们操作Car的实际操作步骤，先抛光，再涂蜡，然后再抛光，这是一个循环的过程）。在两个等待方法中，如果发现不满足执行下一步操作的条件，那么就调用wait()方法来挂起自己，等待状态被改变。

然后我们分别开启两个线程来执行这个操作Car外壳的过程，WaxOn（涂蜡）任务和 Buffed(抛光)任务，在WaxOn线程中，先操作waxed()操作，，然后调用 waitForBuffing等待，此时该线程被挂起，Buffed线程启动，先调用 waitForWaxing来查看是否满足抛光的条件，不满足则挂起，满足则执行buffing操作。

然后依次循环执行三秒钟之后，我们调用 shutdownNow（）立刻关闭所有线程。

有一点需要注意的地方，waitForWaxing和waitForBuffing中，查询等待条件使用的是while而不是if，这是合理的。如果一个锁被多个线程所使用，或者 该线程等待的条件有多个，那么使用while每次醒来时，都进行判断,自己是否可以运行了，这是最合理的方式。

这几篇java多线程文章的demo代码下载地址 http://download.csdn.net/detail/yaowen369/9786452

-------
作者: www.yaoxiaowen.com
github: https://github.com/yaowen369