Java并發編程（五）---線程通信

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前言

上一篇我們介紹了死鎖的發生條件，以及避免死鎖的方式。其中 破壞占有且等待的處理是，通過一個單例類一次性申請所有資源，直到成功。如while (!Allocator.getAllocator().applyResource(this, target)) { return; } 如果在并發量比較小的情況下，還可以接受，如果并發量比較大的話，就會大量的消耗CPU的資源。這時候，我們應該引入線程通信，主要是 等待-喚醒機制。

線程通信

下面我們通過一個例子來說明。場景說明：

圖書館里，有一本書叫《Java 高并發實戰》，小A早上的時候把這本書借走了，小B中午的時候去圖書館找這本書，這里小A和小B分別是兩個線程，他們都要看的書是共享資源。

通過共享對象通信

小B去了圖書館，發現這本書被借走了，他回到家，等了幾天，再去圖書館找這本書，發現這本書已經被歸還了，他順利借走了書。

用程序模擬的話，就是線程小A調用setCanBorrow方法將canBorrow設為true，線程小B調用getCanBorrow獲取。在這里線程A和B必須獲得

指向同一個LibraryTest1共享實例的引用，如果持有的對象指向不同的LibraryTest1實例，那么彼此將不能檢測到對方的信號。

public class LibraryTest1 { //是否可借 private boolean canBorrow = false; synchronized boolean getCanBorrow() { return canBorrow; } synchronized void setCanBorrow(boolean canBorrow) { this.canBorrow = canBorrow; } }

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忙等待

其實小A在小B走后一會就把書還回去了，小B卻在幾天后才去找書，為了早點借到書（減少延遲），小B可能在圖書館等著，每隔幾分鐘(while循環),他就去檢查這本書有沒有被還回，這樣只要小A一還回書，小B馬上就會知道。

public class LibraryTest1 { final LibraryTest1 libraryTest1 = new LibraryTest1(); while (!libraryTest1.getCanBorrow()) { //空等 return; } }

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wait(),notify()和notifyAll()

很多次后，小B發現自己這樣做太累了，身體有點吃不消，不過很快，學校圖書館系統改進，加入了短信通知功能（notify()）,只要小A一還回書，圖書館會立馬通知小B，這樣小B就可以在家睡覺等短信了。

//是否可借 private boolean canBorrow = false; synchronized String borrowBook() throws InterruptedException { if (!canBorrow) { wait(); return null; } canBorrow = false; return "Java 高并發實戰"; } synchronized void giveBackBook() { this.canBorrow = true; notify(); }

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如上程序，canBorrow 初始為false時（書本已經被小A借走），小A 還書（調用giveBackBook方法）之后，書的可借狀態為可借，并且調用notify()通知等待線程（系統發短信給小B）需要注意的兩點是：

wait()，notify() 和或者notifyAll() 都需要在同步代碼塊中調用（就是消息只能由圖書管理系統發出），不能再同步代碼塊之外調用，否則，會拋出IllegalMonitorStateException異常。

notify() 是隨機的通知等待隊列里的某一個線程，而notifyAll()是通知等待隊列里的所有線程。一般而言最好調用notifyAll()，而不要調用notify()。因為，通知時，只是表示通知時間點條件滿足，等線程執行時，條件可能已經不滿足了，線程的執行時間與通知時間不重合，如果調用notify()的話很快能不能通知到我們期望通知的線程。

相同點：都會讓當前線程掛起一段時間，讓渡CPU的執行時間，等待再次調度

不同點：

wait(),notify(),notifyAll()一定是在synchronized{}內部調用，等待和通知的對象必須要對應。而sleep可以再任何地方調用

wait 會釋放鎖對象的“鎖標志”，當調用某一對象的wait()方法后，會使當前線程暫停執行，并將當前線程放入對象等待池中。知道調用notifyAll()方法，而sleep則不會釋放，也就是說在休眠期間，其他線程仍然不能訪問共享數據。

wait可以被喚醒，sleep的只能等其睡眠結束

wait()是在Object 類里，而sleep是在Thread 里的

丟失的信號

學校圖書館系統是這么設計的，當一本書被還回來的時候，會給等待著發送短信，并且只會發一次，如果沒有等待者，他也會發（只不過沒有接受者）。問題出現了，因為短信只會發一次，當書被還回來的時候，沒有人等待借書，他會發一條空短信，但是之后有等待借此本書的同學永遠也不會再收到短信，導致這些同學會無休止的等待，為了避免這個問題，我們等待的時候先打個電話問問圖書管理員是否繼續等待if（!wasSignalled）。

public class LibraryTest3 { private MonitorObject monitorObject = new MonitorObject(); private boolean canBorrow = false; private boolean wasSignalled = false; String borrowBook() throws InterruptedException { synchronized (monitorObject) { if (!canBorrow||!wasSignalled) { wait(); return null; } canBorrow = false; return "Java 高并發實戰"; } } void giveBackBook() { synchronized (monitorObject) { this.canBorrow = true; this.wasSignalled = true; notifyAll(); } } }

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notify()和notifyAll()方法不會保存調用它們的方法，因為當這兩個方法被調用時，有可能沒有線程處于等待狀態，通知信號過后便丟棄了。因此，如果一個線程先于被通知線程調用wait()前調用notify()，等待的線程就將錯過這個信號。在某些情況下，這可能使得等待線程永久等待，不再被喚醒。所以，為了避免丟失信號，我們需要將信號保存到信號類里。這里的管理員就是信號類。

假喚醒

圖書館系統還有一個BUG：系統會偶爾給你發條錯誤短信，說書可以借了（其實不可以借），我們之前已經該圖書館管理員打過電話了，他說讓我們等短信。我們很聽話，一等到短信（其實是bug引起的錯誤短信），就去借書了，到了圖書館后發現這書根本沒有還回來！我們很郁悶，但也沒有辦法呀，學校不修復BUG，我們得聰明點：每次在收到短信后，再打電話問問書到底能不能借while（!canBorrow||!wasSignalled）。

String borrowBook() throws InterruptedException { synchronized (monitorObject) { while (!canBorrow||!wasSignalled) { wait(); return null; } canBorrow = false; return "Java 高并發實戰"; } }

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就像案例里說的，有時候線程會被莫名奇妙的喚醒，為了防止假喚醒，保存信號的成員變量將在一個while循環里接收檢查。而不是在if表達式里。

不要對常量字符串或全局對象調用wait()

因為如果使用常量字符串的話。JVM/編譯器內部會把常量字符串轉成同一個對象，

這意味著即使你有2個不同的MyWaitNotify3實例，它們都是引用了相同的空字符串實例。同時也意味著存在這樣的風險，在第一個MyWaitNotify3實例調用doWait()會被第二個MyWaitNotify3實例上調用doNotify()的線程喚醒。

public class MyWaitNotify3 { String monitorObject = ""; boolean isSignaled = false; public void doWait() { synchronized (monitorObject) { while (!isSignaled) { try { monitorObject.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //清楚標記，繼續執行 isSignaled = false; } } public void doNotify() { synchronized (monitorObject) { isSignaled = true; monitorObject.notifyAll(); } } }

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總結

本文主要介紹了線程之間的通信，通過一個現實中的場景再現了這5種場景，其中等待-通知機制是線程通信的核心機制。工作中用輪詢的方式來等待某個狀態，很多情況下都可以用等待-通知機制。

參考資料：

線程通信

Java 任務調度

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