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深入理解Java 03 等待唤醒机制【原创】

原创文章 Joash 3708浏览 0评论

昨天写了关于多线程引发的并发问题及解决方案—锁,然后咱们今天继续…

一、并发分析
Java中有个概念,叫生产者与消费者。
假设生产者不停轮流生产苹果和香蕉,其中苹果的价格是10元/kg,香蕉的价格是5元/kg,消费者则是对生产的商品进行购买,显然,这里的生产者生产的商品和消费者消费的商品是同一个商品。
定义产品类,生产者类,消费者类,因为需要共享商品,采取的策略是主方法中创建产品类对象,并将其作为参数传入生产者和消费者的构造函数中。

//产品类
class Product{
	String name;  //名字
	double price;  //价格
}
//生产者
class Producer extends Thread{
	
	Product  p ;  	//产品
	
	public Producer(Product p) {
		this.p  = p ;
	}	
	
	@Override
	public void run() {
		int i = 0 ; 
		while(true){
			if(i%2==0){
			     p.name = "苹果";
				 p.price = 10;
			 }else{
				 p.name="香蕉";
				 p.price = 5;
			 }
			System.out.println("生产者生产出了:"+ p.name+" 价格是:"+ p.price);
			i++;			 
		}	
	  }	
	}
}
//消费者
class Customer extends Thread{
	
	Product p; 
	
	public  Customer(Product p) {
		this.p = p;
	}
		
	@Override
	public void run() {
		while(true){
	            	System.out.println("消费者消费了"+p.name+" 价格:"+ p.price);
		}	
	}
}
//测试类
public class Demo5 {
	
	public static void main(String[] args) {
		Product p = new Product();  //产品
		//创建生产对象
		Producer producer = new Producer(p);
		//创建消费者
		Customer customer = new Customer(p);
		//调用start方法开启线程
		producer.start();
		customer.start();
	}	
}

观察代码,我们会发现两个问题
1.没有生产出商品,消费者也来消费了
2.商品的价格发生了错乱
了解线程以及其安全问题的话,这两个问题并不难分析。

二、需求分析
显然,我们需要生产者每生产一个就进入等待,唤醒消费者消费,消费者消费一个,消费完后进入等待,唤醒生产者继续生产,这样的话,必须要等待生产者彻底生产完毕,消费者才能进行商品的消费,且价格不会发生错乱。java提供了wait()和notify()|notifyAll()(唤醒所有锁对象为标识符的线程池中所有的线程)方法解决这个问题,即等待唤醒机制。

//产品类
class Product{
	String name;  //名字
	double price;  //价格
	boolean flag = false; //产品是否生产完毕的标识,默认情况是没有生产完成。
}
//生产者
class Producer extends Thread{
	
	Product  p ;  	//产品
	
	public Producer(Product p) {
		this.p  = p ;
	}

	@Override
	public void run() {
		int i = 0 ; 
		while(true){
		 synchronized (p) {
			if(p.flag==false){
				 if(i%2==0){
					 p.name = "苹果";
					 p.price = 10;
				 }else{
					 p.name="香蕉";
					 p.price = 5;
				 }
				 System.out.println("生产者生产出了:"+ p.name+" 价格是:"+ p.price);
				 p.flag = true;
				 i++;
				 p.notifyAll(); //唤醒消费者去消费
			}else{
				//已经生产 完毕,等待消费者先去消费
				try {
					p.wait();   //生产者等待
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}	 
		 }	
	    }	
	}
}
//消费者
class Customer extends Thread{
	
	Product p; 
	
	public  Customer(Product p) {
		this.p = p;
	}
		
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			synchronized (p) {	
				if(p.flag==true){  //产品已经生产完毕
					System.out.println("消费者消费了"+p.name+" 价格:"+ p.price);
					p.flag = false; 
					p.notifyAll(); // 唤醒生产者去生产
				}else{
					//产品还没有生产,应该 等待生产者先生产。
					try {
						p.wait(); //消费者也等待了...
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		}	
	}
}
//测试类
public class Demo5 {
	
	public static void main(String[] args) {
		Product p = new Product();  //产品
		//创建生产对象
		Producer producer = new Producer(p);
		//创建消费者
		Customer customer = new Customer(p);
		//调用start方法开启线程
		producer.start();
		customer.start();
	}	
}

代码分析:假设生产者拿到锁对象,此时flag为false,生产者生产出苹果对象,flag至为true,此时唤醒消费者消费,然而,在以锁对象p为标识符的线程池中并没有消费者,此时生产者继续持有锁对象,然后发现flag为true,执行wait()方法,此时生产者释放锁对象p,并进入以p为标识符的线程池中等待,此时消费者获取锁,flag为true,消费完毕唤醒以锁对象p为线程池中的等待线程当中的其中一个线程(无法指定唤醒线程),此时生产者被唤醒,此时消费者假设还是持有cpu执行权,继续循环,发现flag为false,进入wait(),释放锁,生产者获取cpu执行权,开始生产….

三、wait()和notify()的使用注意点
1. wait方法与notify方法是属于Object对象的。
理由:若不是Object对象,那么调用者对象即锁对象则必须是线程对象吗?显然不必,锁对象是任意对象。
2. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中才能使用。
理由:如果不存在同步代码块和同步函数则没有锁对象这个概念,而这两个方法必须由锁对象调用。
3. wait方法与notify方法必需要由锁对象调用。
理由:因为需要以锁对象为标识符建立一个线程池,生产者与消费者必须用同一个锁,不同的锁会建立不同的线程池。且不用锁对象调用是报错的,要求就是以锁对象调用,否则就会报错。

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