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日志

 
 

JAVA wait(), notify(),sleep详解  

2014-11-20 18:47:21|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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JAVA wait(), notify(),sleep详解

2011-08-10 05:34 46065人阅读 评论(38) 收藏 举报

javaobjectthreadstringexceptionjvm

??? 在CSDN开了博客后,一直也没在上面发布过文章,直到前一段时间与一位前辈的对话,才发现技术博客的重要,立志要把CSDN的博客建好。但一直没有找到好的开篇的主题,今天再看JAVA线程互斥、同步的时候又有了新的体会,就以他作为开篇吧。

??? 在JAVA中,是没有类似于PV操作、进程互斥等相关的方法的。JAVA的进程同步是通过synchronized()来实现的,需要说明的是,JAVA的synchronized()方法类似于操作系统概念中的互斥内存块,在JAVA中的Object类型中,都是带有一个内存锁的,在有线程获取该内存锁后,其它线程无法访问该内存,从而实现JAVA中简单的同步、互斥操作。明白这个原理,就能理解为什么synchronized(this)与synchronized(static XXX)的区别了,synchronized就是针对内存区块申请内存锁,this关键字代表类的一个对象,所以其内存锁是针对相同对象的互斥操作,而static成员属于类专有,其内存空间为该类所有成员共有,这就导致synchronized()对static成员加锁,相当于对类加锁,也就是在该类的所有成员间实现互斥,在同一时间只有一个线程可访问该类的实例。如果只是简单的想要实现在JAVA中的线程互斥,明白这些基本就已经够了。但如果需要在线程间相互唤醒的话就需要借助Object.wait(), Object.nofity()了。

??? Obj.wait(),与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用,也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作,从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){...}语句块内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后,主动释放对象锁,同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程,才能继续获取对象锁,并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后,并不是马上就释放对象锁的,而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束,自动释放锁后,JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程,释放CPU控制权,主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时,释放了对象锁的控制。

??? 单单在概念上理解清楚了还不够,需要在实际的例子中进行测试才能更好的理解。对Object.wait(),Object.notify()的应用最经典的例子,应该是三线程打印ABC的问题了吧,这是一道比较经典的面试题,题目要求如下:

建立三个线程,A线程打印10次A,B线程打印10次B,C线程打印10次C,要求线程同时运行,交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait(),notify()就可以很方便的解决。代码如下:

[java] view plaincopyprint?

  1. public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {????
  2. private String name;????
  3. private Object prev;????
  4. private Object self;????
  5. private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {????
  6. this.name = name;????
  7. this.prev = prev;????
  8. this.self = self;????
  9. ??? }????
  10. @Override
  11. public void run() {????
  12. int count = 10;????
  13. while (count > 0) {????
  14. synchronized (prev) {????
  15. synchronized (self) {????
  16. ??????????????????? System.out.print(name);????
  17. ??????????????????? count--;???
  18. ??????????????????? self.notify();????
  19. ??????????????? }????
  20. try {????
  21. ??????????????????? prev.wait();????
  22. ??????????????? } catch (InterruptedException e) {????
  23. ??????????????????? e.printStackTrace();????
  24. ??????????????? }????
  25. ??????????? }????
  26. ??????? }????
  27. ??? }????
  28. public static void main(String[] args) throws Exception {????
  29. ??????? Object a = new Object();????
  30. ??????? Object b = new Object();????
  31. ??????? Object c = new Object();????
  32. ??????? MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);????
  33. ??????? MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);????
  34. ??????? MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);????
  35. new Thread(pa).start();?
  36. new Thread(pb).start();?
  37. new Thread(pc).start();??? }????
  38. }???
public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {   
  
    private String name;   
    private Object prev;   
    private Object self;   
  
    private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {   
        this.name = name;   
        this.prev = prev;   
        this.self = self;   
    }   
  
    @Override  
    public void run() {   
        int count = 10;   
        while (count > 0) {   
            synchronized (prev) {   
                synchronized (self) {   
                    System.out.print(name);   
                    count--;  
                    
                    self.notify();   
                }   
                try {   
                    prev.wait();   
                } catch (InterruptedException e) {   
                    e.printStackTrace();   
                }   
            }   
  
        }   
    }   
  
    public static void main(String[] args) throws Exception {   
        Object a = new Object();   
        Object b = new Object();   
        Object c = new Object();   
        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);   
        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);   
        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);   
           
           
        new Thread(pa).start();
        new Thread(pb).start();
        new Thread(pc).start();    }   
}  

???? 先来解释一下其整体思路,从大的方向上来讲,该问题为三线程间的同步唤醒操作,主要的目的就是ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环执行三个线程。为了控制线程执行的顺序,那么就必须要确定唤醒、等待的顺序,所以每一个线程必须同时持有两个对象锁,才能继续执行。一个对象锁是prev,就是前一个线程所持有的对象锁。还有一个就是自身对象锁。主要的思想就是,为了控制执行的顺序,必须要先持有prev锁,也就前一个线程要释放自身对象锁,再去申请自身对象锁,两者兼备时打印,之后首先调用self.notify()释放自身对象锁,唤醒下一个等待线程,再调用prev.wait()释放prev对象锁,终止当前线程,等待循环结束后再次被唤醒。运行上述代码,可以发现三个线程循环打印ABC,共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行,持有C,A对象锁,后释放A,C锁,唤醒B。线程B等待A锁,再申请B锁,后打印B,再释放B,A锁,唤醒C,线程C等待B锁,再申请C锁,后打印C,再释放C,B锁,唤醒A。看起来似乎没什么问题,但如果你仔细想一下,就会发现有问题,就是初始条件,三个线程按照A,B,C的顺序来启动,按照前面的思考,A唤醒B,B唤醒C,C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序。具体来说就是,在main主线程启动ThreadA后,需要在ThreadA执行完,在prev.wait()等待时,再切回线程启动ThreadB,ThreadB执行完,在prev.wait()等待时,再切回主线程,启动ThreadC,只有JVM按照这个线程运行顺序执行,才能保证输出的结果是正确的。而这依赖于JVM的具体实现。考虑一种情况,如下:如果主线程在启动A后,执行A,过程中又切回主线程,启动了ThreadB,ThreadC,之后,由于A线程尚未释放self.notify,也就是B需要在synchronized(prev)处等待,而这时C却调用synchronized(prev)获取了对b的对象锁。这样,在A调用完后,同时ThreadB获取了prev也就是a的对象锁,ThreadC的执行条件就已经满足了,会打印C,之后释放c,及b的对象锁,这时ThreadB具备了运行条件,会打印B,也就是循环变成了ACBACB了。这种情况,可以通过在run中主动释放CPU,来进行模拟。代码如下:

[java] view plaincopyprint?

  1. public void run() {????
  2. int count = 10;????
  3. while (count > 0) {????
  4. synchronized (prev) {????
  5. synchronized (self) {????
  6. ??????????????? System.out.print(name);????
  7. ??????????????? count--;???
  8. try{?
  9. ??????????????? Thread.sleep(1);?
  10. ??????????????? }?
  11. catch (InterruptedException e){?
  12. ???????????????? e.printStackTrace();?
  13. ??????????????? }?
  14. ??????????????? self.notify();????
  15. ??????????? }????
  16. try {????
  17. ??????????????? prev.wait();????
  18. ??????????? } catch (InterruptedException e) {????
  19. ??????????????? e.printStackTrace();????
  20. ??????????? }????
  21. ??????? }????
  22. ??? }????
  23. }????
    public void run() {   
        int count = 10;   
        while (count > 0) {   
            synchronized (prev) {   
                synchronized (self) {   
                    System.out.print(name);   
                    count--;  
                    try{
                    Thread.sleep(1);
                    }
                    catch (InterruptedException e){
                     e.printStackTrace();
                    }
                    
                    self.notify();   
                }   
                try {   
                    prev.wait();   
                } catch (InterruptedException e) {   
                    e.printStackTrace();   
                }   
            }   
  
        }   
    }   

??? 运行后的打印结果就变成了ACBACB了。为了避免这种与JVM调度有关的不确定性。需要让A,B,C三个线程以确定的顺序启动,最终代码如下:

[java] view plaincopyprint?

  1. public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {????
  2. private String name;????
  3. private Object prev;????
  4. private Object self;????
  5. private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {????
  6. this.name = name;????
  7. this.prev = prev;????
  8. this.self = self;????
  9. ??? }????
  10. @Override
  11. public void run() {????
  12. int count = 10;????
  13. while (count > 0) {????
  14. synchronized (prev) {????
  15. synchronized (self) {????
  16. ??????????????????? System.out.print(name);????
  17. ??????????????????? count--;???
  18. try{?
  19. ??????????????????? Thread.sleep(1);?
  20. ??????????????????? }?
  21. catch (InterruptedException e){?
  22. ???????????????????? e.printStackTrace();?
  23. ??????????????????? }?
  24. ??????????????????? self.notify();????
  25. ??????????????? }????
  26. try {????
  27. ??????????????????? prev.wait();????
  28. ??????????????? } catch (InterruptedException e) {????
  29. ??????????????????? e.printStackTrace();????
  30. ??????????????? }????
  31. ??????????? }????
  32. ??????? }????
  33. ??? }????
  34. public static void main(String[] args) throws Exception {????
  35. ??????? Object a = new Object();????
  36. ??????? Object b = new Object();????
  37. ??????? Object c = new Object();????
  38. ??????? MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);????
  39. ??????? MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);????
  40. ??????? MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);????
  41. new Thread(pa).start();?
  42. ??????? Thread.sleep(10);?
  43. new Thread(pb).start();?
  44. ??????? Thread.sleep(10);?
  45. new Thread(pc).start();?
  46. ??????? Thread.sleep(10);?
  47. ??? }????
  48. }???
  
public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {   
  
    private String name;   
    private Object prev;   
    private Object self;   
  
    private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {   
        this.name = name;   
        this.prev = prev;   
        this.self = self;   
    }   
  
    @Override  
    public void run() {   
        int count = 10;   
        while (count > 0) {   
            synchronized (prev) {   
                synchronized (self) {   
                    System.out.print(name);   
                    count--;  
                    try{
                    Thread.sleep(1);
                    }
                    catch (InterruptedException e){
                     e.printStackTrace();
                    }
                    
                    self.notify();   
                }   
                try {   
                    prev.wait();   
                } catch (InterruptedException e) {   
                    e.printStackTrace();   
                }   
            }   
  
        }   
    }   
  
    public static void main(String[] args) throws Exception {   
        Object a = new Object();   
        Object b = new Object();   
        Object c = new Object();   
        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);   
        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);   
        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);   
           
           
        new Thread(pa).start();
        Thread.sleep(10);
        new Thread(pb).start();
        Thread.sleep(10);
        new Thread(pc).start();
        Thread.sleep(10);
    }   
}  

 

?????? 这样才可以完美的解决该问题。通过这个例子也是想说明一下,很多理论、概念如Obj.wait(),Obj.notify()等,理解起来,比较简单,但是在实际的应用当中,这里却是往往出现问题的地方。需要更加深入的理解。并在解决问题的过程中不断加深对概念的掌握。

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