Java线程协作的方式有哪些？

为什么线程之间需要协作

线程之间相互配合，完成某项工作，比如：一个线程修改了一个对象的值，而另一个线程感知到了变化，然后进行相应的操作，整个过程开始于一个线程，而最终执行又是另一个线程。前者是生产者，后者就是消费者，这种模式隔离了“做什么”（What）和“怎么做”（How）。简单的办法是让消费者线程不断地循环检查变量是否符合预期，在while循环中设置不满足的条件，如果条件满足则退出while循环，从而完成消费者的工作。这样进行线程之间的协作却存在如下2个问题：

（1）难以确保及时性。

（2）难以降低开销。如果降低睡眠的时间，比如休眠1毫秒，这样消费者能更加迅速地发现条件变化，但是却可能消耗更多的处理器资源，造成了无端的浪费。

介绍

Java中线程协作的最常见的两种方式：利用Object.wait()、Object.notify()和使用Condition

方法一

Object中的wait、notify、notifyAll方法定义如下

• public final native void notify(); public final native void notifyAll(); public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

• wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法，并且为final方法，无法被重写

• 调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞，并且当前线程必须拥有此对象的monitor（即锁）

• 调用某个对象的notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程，如果有多个线程都在等待这个对象的monitor，则只能唤醒其中一个线程

• 调用notifyAll()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程

• 之所以这三个方法声明在Object类中是因为每个对象都拥有monitor（即锁）

• 调用某个对象的wait()方法，当前线程必须拥有这个对象的monitor（即锁），因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行

示例

public class Test {
    public static Object object = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Thread1 thread1 = new Thread1();
        Thread2 thread2 = new Thread2();
        thread1.start();
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        thread2.start();
    }
    static class Thread1 extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                try {
                    object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"获取到了锁");
            }
        }
    }
    static class Thread2 extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                object.notify();
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"调用了object.notify()");
            }
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"释放了锁");
        }
    }
}

运行结果

线程Thread-1调用了object.notify()
线程Thread-1释放了锁
线程Thread-0获取到了锁       

方法二

• Condition是在java 1.5中才出现的，它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition1的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效

• Condition是个接口，基本的方法就是await()和signal()方法

• Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()

• 调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用

示例

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue queue = new PriorityQueue(queueSize);
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition notFull = lock.newCondition();
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();
        producer.start();
        consumer.start();
    }
    class Consumer extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
        private void consume() {
            while(true){
                lock.lock();
                try {
                    while(queue.size() == 0){
                        try {
                            System.out.println("队列空，等待数据");
                            notEmpty.await();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    queue.poll();                //每次移走队首元素
                    notFull.signal();
                    System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");
                } finally{
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
    class Producer extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
        private void produce() {
            while(true){
                lock.lock();
                try {
                    while(queue.size() == queueSize){
                        try {
                            System.out.println("队列满，等待有空余空间");
                            notFull.await();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    queue.offer(1);        //每次插入一个元素
                    notEmpty.signal();
                    System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));
                } finally{
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
}