Java使用wait() notify()方法操作共享资源

Java多个线程共享资源；

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

　　2）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，或者叫管程）

　　3）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；

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

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类对象中，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。如果需要在线程间相互唤醒就需要借助Object类的wait()方法及nofity()方法。

说了这么一堆，可能似懂非懂，那么接下来用一个例子来说明问题，用多线程实现连续的1,2,1,2,1,2,1,2,1,2输出。

 package com.study.thread;
 /**
  * 多线程
  * @ClassName: PrintFile
  * @date 2017年10月10日 下午4:05:04
  */
 public class PrintFile implements Runnable{
     //当前线程id
     private int id ;
     //共享资源
     public byte[] res ;

     //如果类里写了有参构造器，而任然想保留无参数构造方法，则必须显式的写出该方法。
     public PrintFile() {
         super();
 //        System.out.println("我是构造器");
     }

     public PrintFile(int id, byte[] res) {
         //构造器中使用super()/this(),必须放在第一行。
         this();
         this.id = id;
         this.res = res;
     }

     //静态计数器
     public static int count = 5;

     @Override
     public void run() {
         synchronized (res) {
             while(count-->=0){
                 try {
                     res.notify();//唤醒其他线程中的某一个（唤醒等待res的其他线程，当前线程执行完后要释放锁）
                     System.out.println("当前线程id值："+id);

                     res.wait();//当前线程阻塞，等待被唤醒
                     System.out.println("现在执行的线程是"+Thread.currentThread().getName()+",--wait()后的代码继续执行:"+id);

                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
             return;
         }
     }
 }

测试：

 package com.study.thread;

 public class PrintFileTest {
     public static void main(String[] args) {
         byte[] res = new byte[]{0,1,2};//共享资源
         PrintFile p1 = new PrintFile(1, res);
         PrintFile p2 = new PrintFile(2, res);

         Thread t1 = new Thread(p1, "a");
         Thread t2 = new Thread(p2, "b");

         t1.start();
         t2.start();
     }
 }

结果：

 当前线程id值：1
 当前线程id值：2
 现在执行的线程是a,--wait()后的代码继续执行:1
 当前线程id值：1
 现在执行的线程是b,--wait()后的代码继续执行:2
 当前线程id值：2
 现在执行的线程是a,--wait()后的代码继续执行:1
 当前线程id值：1
 现在执行的线程是b,--wait()后的代码继续执行:2
 当前线程id值：2
 现在执行的线程是a,--wait()后的代码继续执行:1

下面解释为什么会出现这样的结果：

首先1、2号线程启动，这里假设1号线程先运行run方法获得资源（实际上是不确定的），获得对象a的锁，进入while循环（用于控制输出几轮）：

1、此时对象调用它的唤醒方法notify()，意思是这个同步块执行完后它要释放锁，把锁交给等待a资源的线程；

2、输出1；

3、该对象执行等待方法，意思是此时此刻起拥有这个对象锁的线程（也就是这里的1号线程）释放CPU控制权，释放锁，并且线程进入阻塞状态，后面的代码暂时不执行，因未执行完同步块，所以1也没起作用；

4、在这之前的某时刻线程2运行run方法，但苦于没有获得a对象的锁，所以无法继续运行，但3步骤之后，它获得了a的锁，此时执行a的唤醒方法notify(),同理，意思是这个同步块执行完后它要释放锁，把锁交给等待a资源的线程；

5、输出2；

6、执行a的等待方法，意思是此时此刻起拥有这个对象锁的线程（也就是这里的2号线程）释放CPU控制权，释放锁，并且线程进入阻塞状态，后面的代码暂时不执行，因未执行完同步块，所以2号线程的4步骤的唤醒方法也没起作用；

7、此时1号线程执行到3步骤，发现对象锁没有被使用，所以继续执行3步骤中wait方法后面的代码，于是输出：------线程1获得锁，wait()后的代码继续运行：1；

8、此时while循环满足条件，继续执行，所以，再执行1号线程的唤醒方法，意思是这个同步块执行完后它要释放锁；

9、输出1；

10、执行等待方法，线程1阻塞，释放资源锁；

11、此时线程2又获得了锁，执行到步骤6，继续执行wait方法后面的代码，所以输出：------线程2获得锁，wait()后的代码继续运行：2；

12、继续执行while循环，输出2；

··· ···

通过上述步骤，相信大家已经明白这两个方法的使用了，但该程序还存在一个问题，当while循环不满足条件时，肯定会有线程还在等待资源，所以主线程一直不会终止。当然这个程序的目的仅仅为了给大家演示这两个方法怎么用。

总结：

wait()方法与notify()必须要与synchronized(resource)一起使用。也就是wait与notify针对已经获取了resource锁的线程进行操作，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()线程在获取对象锁后，主动释放CPU控制权，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()就是对对象锁的释放操作。【因此，我们可以发现，wait和notify方法均可释放对象的锁，但wait同时释放CPU控制权，即它后面的代码停止执行，线程进入阻塞状态，而notify方法不立刻释放CPU控制权，而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束，再自动释放锁。】释放锁后，JVM会在等待resoure的线程中选取一线程，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，而在同步块中的Thread.sleep()方法并不释放锁，仅释放CPU控制权。