Java并发读书笔记：线程通信之等待通知机制

目录

• synchronized 与 volatile
• 等待/通知机制
  • 等待
  • 通知
  • 面试常问的几个问题
    • sleep方法和wait方法的区别
    • 关于放弃对象监视器

在并发编程中，保证线程同步，从而实现线程之间正确通信，是一个值得考虑的问题。本篇将参考许多著名书籍，学习如何让多个线程之间相互配合，完成我们指定的任务。

当然本文只是学习了一部分线程间通信的方法，还有一些例如使用Lock和Condition对象，管道输入输出、生产者消费者等内容，我们之后再做学习。

synchronized 与 volatile

synchronized关键字是Java提供的互斥的内置锁，该锁机制不用显式加锁或者释放锁。互斥执行的特性可以确保对整个临界区代码的执行具有原子性，同步机制保证了共享数据在同一个时刻只被一个线程使用。

回顾以下synchronized的底层实现：

我们可以对下面这段代码进行反编译：javap -v TestData.class。

public class TestData {
    public static synchronized void m1(){}
    public synchronized void m2(){}
    public static void main(String[] args) {
        synchronized (TestData.class){
        }
    }
}

编译结果如下：

虽然同步方法和代码块的实现细节不同，但是归根结底：JVM对于方法或者代码块的实现是基于对Monitor对象的进入和退出操作。

以同步代码块举例：

• monitorenter指令被安排到了代码块开始位置，monitorexit被安排到代码块正常结束和异常处。
• 任何对象都有一个monitor与之相关联，当一个monitor被持有之后，它将会出于锁定状态。
• 当JVM执行到monitorenter指令时，将会尝试去获取当前对象对应的monitor的所有权。
  • 若其他前程已经有monitor的所有权，那么当前线程将会进入同步队列(SynchronizedQueue)，陷入阻塞状态（BLOCKED)，直到monitor被释放。
  • 若monitor进入数为0，线程可以进入monitor，此时该线程称为monitor的持有者（owner），并计数加一。
  • 若当前线程已经拥有monitor，是允许重新进入该monitor的，此时计数加一。
• 获得锁，锁计数加一。失去锁，计数减一。计数为0，即为释放锁。释放锁的操作将会唤醒阻塞在同步队列中的的线程，使其重新获得尝试对monitor的获取。

下图源自《Java并发编程得艺术》4-2

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新Java内存模型中提供了比锁更加轻量级的通信机制，它增强了volatile的内存语义，让volatile拥有和锁一样的语义：告知程序任何对volatile修饰变量的访问都要从共享内存中获取，对它的改变必须同步刷新回共享内存，保证了线程对变量访问的可见性。

关于volatile的重点学习，之后再做总结。

等待/通知机制

等待/通知相关的方法被定义在java.lang.Object上，这些方法必须由锁对象来调用。同步实例方法为this，静态方法为类对象，代码块的锁是括号里的玩意儿。

这些方法必须需要获取锁对象之后才能调用，也就是必须要在同步块中或同步方法中调用，否则会抛出IllegalMonitorStateException的异常。

等待

wait() : 调用该方法的线程进入WAITING状态，并释放对象的锁，此时当前线程只有被其他线程通知或中断才会返回。

wait(long)、wait(long, int)：进入TIMED_WAITING状态，释放锁，当前线程有通知或中断会返回，时间到了也会返回。

通知

notify() : 当前线程通知一个在该对象上等待的另一线程，被唤醒的线程从等待队列（WAITING)被移动到同步队列(BLOCKED)中，意思是被唤醒的线程不会立即执行，需要等当前线程释放锁之后，并且在同步队列中的线程得到了锁才能执行。

notifyAll() ：当前线程通知所有等待在该对象上的线程，将所有在等待队列中的线程全部移到同步队列中。

假设A和B需要获取同一把锁，A进入之后，B进入同步队列，陷入阻塞（BLOCKED)。

如果A中调用锁的wait()方法，A释放锁，并陷入等待(WAITING)。此时另外一个线程B获取的当前锁，B运行。

如果此时B中调用锁的notify()方法，A被唤醒，从等待队列转移到同步队列，只有B运行完毕了，锁被释放了，A拿到锁了，A才出来运行。

等待/通知机制依托于同步机制，确保等待线程从wait()方法返回时能够感知到通知线程对变量做出的修改。

面试常问的几个问题

sleep方法和wait方法的区别

sleep()和wait()方法都可以让线程放弃CPU一段时间，进入等待（WAITING）状态。

sleep()静态方法定义在Thread类中，wait()定义在Object类中。

如果线程持有某个对象的监视器，wait()调用之后，当前线程会释放锁，而sleep()则不会释放这个锁。

关于放弃对象监视器

对于放弃对象监视器，wait()方法和notify()/notifyAll()有一定区别：

锁对象调用wait()方法之后，会立即释放对象监视器。而notify()/notifyAll()则不会立即释放，而是等到线程剩余代码执行完毕之后才会释放监视器。

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参考书籍：《Java并发编程的艺术》 方腾飞