线程同步问题

一个理解wait()与notify()的例子
原文链接：http://blog.csdn.net/xm4014/archive/2003/01/28/14714.aspx

一直在找线程同步问题方面的文章，今天看了这个感觉很受用，就转载过来保留，以便日后可以随时的温习一下。这里主要是分析了wait()和nofity()方法，并且提出一些很实用的问题。

问题如下：

file://分析这段程序，并解释一下，着重讲讲synchronized、wait(),notify 谢谢！
class ThreadA
{
   public static void main(String[] args)
   {
     ThreadB b=new ThreadB();
     b.start();
     System.out.println("b is start....");
     synchronized(b)//括号里的b是什么意思,起什么作用?
     {
       try
       {
System.out.println("Waiting for b to complete...");
b.wait();//这一句是什么意思，究竟让谁wait?
         System.out.println("Completed.Now back to main thread");
       }catch (InterruptedException e){}
     }
     System.out.println("Total is :"+b.total);
    }
}


class ThreadB extends Thread
{
   int total;
   public void run()
   {
     synchronized(this)
     {
       System.out.println("ThreadB is running..");
       for (int i=0;i<100;i++ )
       {
         total +=i;
         System.out.println("total is "+total);
       }
       notify();
     }
   }
}

要分析这个程序,首先要理解notify()和wait(),为什么在前几天纪录线程的时候没有纪录这两个方法呢,因为这两个方法本来就不属于Thread类,而是属于最底层的object基础类的,也就是说不光是Thread，每个对象都有notify和wait的功能，为什么？因为他们是用来操纵锁的,而每个对象都有锁,锁是每个对象的基础,既然锁是基础的,那么操纵锁的方法当然也是最基础了.

再往下看之前呢,首先最好复习一下Think in Java的14.3.1中第3部分内容：等待和通知,也就是wait()和notify了.

按照Think in Java中的解释:"wait()允许我们将线程置入“睡眠”状态，同时又“积极”地等待条件发生改变.而且只有在一个notify()或notifyAll()发生变化的时候，线程才会被唤醒，并检查条件是否有变."

   我们来解释一下这句话.
   "wait()允许我们将线程置入“睡眠”状态",也就是说,wait也是让当前线程阻塞的,这一点和sleep或者suspend是相同的.那和sleep,suspend有什么区别呢?

    区别在于"(wait)同时又“积极”地等待条件发生改变",这一点很关键,sleep和suspend无法做到.因为我们有时候需要通过同步（synchronized）的帮助来防止线程之间的冲突，而一旦使用同步,就要锁定对象，也就是获取对象锁,其它要使用该对象锁的线程都只能排队等着,等到同步方法或者同步块里的程序全部运行完才有机会.在同步方法和同步块中,无论sleep()还是suspend()都不可能自己被调用的时候解除锁定,他们都霸占着正在使用的对象锁不放.
    而wait却可以,它可以让同步方法或者同步块暂时放弃对象锁,而将它暂时让给其它需要对象锁的人(这里应该是程序块,或线程)用,这意味着可在执行wait()期间调用线程对象中的其他同步方法!在其它情况下(sleep啊,suspend啊),这是不可能的.
    但是注意我前面说的,只是暂时放弃对象锁,暂时给其它线程使用,我wait所在的线程还是要把这个对象锁收回来的呀.wait什么?就是wait别人用完了还给我啊！
    好,那怎么把对象锁收回来呢?
    第一种方法,限定借出去的时间.在wait()中设置参数,比如wait(1000),以毫秒为单位,就表明我只借出去1秒中,一秒钟之后,我自动收回.
    第二种方法,让借出去的人通知我,他用完了,要还给我了.这时,我马上就收回来.哎,假如我设了1小时之后收回,别人只用了半小时就完了,那怎么办呢?靠!当然用完了就收回了,还管我设的是多长时间啊.

    那么别人怎么通知我呢?相信大家都可以想到了,notify(),这就是最后一句话"而且只有在一个notify()或notifyAll()发生变化的时候，线程才会被唤醒"的意思了.
    因此,我们可将一个wait()和notify()置入任何同步方法或同步块内部，无论在那个类里是否准备进行涉及线程的处理。而且实际上,我们也只能在同步方法或者同步块里面调用wait()和notify().

    这个时候我们来解释上面的程序,简直是易如反掌了.

    synchronized(b){...}；的意思是定义一个同步块,使用b作为资源锁。b.wait();的意思是临时释放锁，并阻塞当前线程,好让其他使用同一把锁的线程有机会执行,在这里要用同一把锁的就是b线程本身.这个线程在执行到一定地方后用notify()通知wait的线程,锁已经用完,待notify()所在的同步块运行完之后,wait所在的线程就可以继续执行.





java多线程设计wait/notify机制

多线程之间需要协调工作。例如，浏览器的一个显示图片的线程displayThread想要执行显示图片的任务，必须等待下载线程downloadThread将该图片下载完毕。如果图片还没有下载完，displayThread可以暂停，当downloadThread完成了任务后，再通知displayThread“图片准备完毕，可以显示了”，这时，displayThread继续执行。

以上逻辑简单的说就是：如果条件不满足，则等待。当条件满足时，等待该条件的线程将被唤醒。在Java中，这个机制的实现依赖于wait/notify。等待机制与锁机制是密切关联的。例如：

synchronized(obj) {
     while(!condition) {
         obj.wait();
     }
     obj.doSomething();
}

当线程A获得了obj锁后，发现条件condition不满足，无法继续下一处理，于是线程A就wait()。

在另一线程B中，如果B更改了某些条件，使得线程A的condition条件满足了，就可以唤醒线程A：

synchronized(obj) {
     condition = true;
     obj.notify();
}

需要注意的概念是：

# 调用obj的wait(), notify()方法前，必须获得obj锁，也就是必须写在synchronized(obj) {...} 代码段内。

# 调用obj.wait()后，线程A就释放了obj的锁，否则线程B无法获得obj锁，也就无法在synchronized(obj) {...} 代码段内唤醒A。

# 当obj.wait()方法返回后，线程A需要再次获得obj锁，才能继续执行。

# 如果A1,A2,A3都在obj.wait()，则B调用obj.notify()只能唤醒A1,A2,A3中的一个（具体哪一个由JVM决定）。

# obj.notifyAll()则能全部唤醒A1,A2,A3，但是要继续执行obj.wait()的下一条语句，必须获得obj锁，因此，A1,A2,A3只有一个有机会获得锁继续执行，例如A1，其余的需要等待A1释放obj锁之后才能继续执行。

# 当B调用obj.notify/notifyAll的时候，B正持有obj锁，因此，A1,A2,A3虽被唤醒，但是仍无法获得obj锁。直到B退出synchronized块，释放obj锁后，A1,A2,A3中的一个才有机会获得锁继续执行。



synchronized的4种用法

1.方法声明时使用,放在范围操作符(public等)之后,返回类型声明(void等)之前.即一次只能有一个线程进入该方法,其他线程要想在此时调用该方法,只能排队等候,当前线程(就是在synchronized方法内部的线程)执行完该方法后,别的线程才能进入.

       例如:

       public synchronized void synMethod() {
         //方法体
       }

     2.对某一代码块使用,synchronized后跟括号,括号里是变量,这样,一次只有一个线程进入该代码块.例如:

       public int synMethod(int a1){
         synchronized(a1) {
           //一次只能有一个线程进入
         }
       }
     3.synchronized后面括号里是一对象,此时,线程获得的是对象锁.例如:

public class MyThread implements Runnable {
   public static void main(String args[]) {
     MyThread mt = new MyThread();
     Thread t1 = new Thread(mt, "t1");
     Thread t2 = new Thread(mt, "t2");
     Thread t3 = new Thread(mt, "t3");
     Thread t4 = new Thread(mt, "t4");
     Thread t5 = new Thread(mt, "t5");
     Thread t6 = new Thread(mt, "t6");
     t1.start();
     t2.start();
     t3.start();
     t4.start();
     t5.start();
     t6.start();
   }

   public void run() {
     synchronized (this) {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName());
     }
   }
}



     对于3,如果线程进入,则得到对象锁,那么别的线程在该类所有对象上的任何操作都不能进行.在对象级使用锁通常是一种比较粗糙的方法。为什么要将整个对象都上锁，而不允许其他线程短暂地使用对象中其他同步方法来访问共享资源？如果一个对象拥有多个资源，就不需要只为了让一个线程使用其中一部分资源，就将所有线程都锁在外面。由于每个对象都有锁，可以如下所示使用虚拟对象来上锁：

class FineGrainLock {

    MyMemberClass x, y;
    Object xlock = new Object(), ylock = new Object();

    public void foo() {
       synchronized(xlock) {
          //access x here
       }

       //do something here - but don't use shared resources

       synchronized(ylock) {
          //access y here
       }
    }

    public void bar() {
       synchronized(this) {
          //access both x and y here
       }
       //do something here - but don't use shared resources
    }
}


     4.synchronized后面括号里是类.例如:

class ArrayWithLockOrder{
   private static long num_locks = 0;
   private long lock_order;
   private int[] arr;

   public ArrayWithLockOrder(int[] a)
   {
     arr = a;
     synchronized(ArrayWithLockOrder.class) {//-----------------------------------------这里
       num_locks++;              // 锁数加 1。
       lock_order = num_locks;   // 为此对象实例设置唯一的 lock_order。
     }
   }
   public long lockOrder()
   {
     return lock_order;
   }
   public int[] array()
   {
     return arr;
   }
}

class SomeClass implements Runnable
{
   public int sumArrays(ArrayWithLockOrder a1,
                        ArrayWithLockOrder a2)
   {
     int value = 0;
     ArrayWithLockOrder first = a1;        // 保留数组引用的一个
     ArrayWithLockOrder last = a2;         // 本地副本。
     int size = a1.array().length;
     if (size == a2.array().length)
     {
       if (a1.lockOrder() > a2.lockOrder())   // 确定并设置对象的锁定
       {                                      // 顺序。
         first = a2;
         last = a1;
       }
       synchronized(first) {               // 按正确的顺序锁定对象。
         synchronized(last) {
           int[] arr1 = a1.array();
           int[] arr2 = a2.array();
           for (int i=0; i             value += arr1[i] + arr2[i];
         }
       }
     }
     return value;
   }
   public void run() {
     //...
   }
}


     对于4,如果线程进入,则线程在该类中所有操作不能进行,包括静态变量和静态方法,实际上,对于含有静态方法和静态变量的代码块的同步,我们通常用4来加锁.

以上4种之间的关系：

     锁是和对象相关联的，每个对象有一把锁，为了执行synchronized语句，线程必须能够获得synchronized语句中表达式指定的对象的锁，一个对象只有一把锁，被一个线程获得之后它就不再拥有这把锁，线程在执行完synchronized语句后，将获得锁交还给对象。
    在方法前面加上synchronized修饰符即可以将一个方法声明为同步化方法。同步化方法在执行之前获得一个锁。如果这是一个类方法，那么获得的锁是和声明方法的类相关的Class类对象的锁。如果这是一个实例方法，那么此锁是this对象的锁。




   下面谈一谈一些常用的方法:

   wait(),wait(long),notify(),notifyAll()等方法是当前类的实例方法,
   
         wait()是使持有对象锁的线程释放锁;
         wait(long)是使持有对象锁的线程释放锁时间为long(毫秒)后,再次获得锁,wait()和wait(0)等价;
         notify()是唤醒一个正在等待该对象锁的线程,如果等待的线程不止一个,那么被唤醒的线程由jvm确定;
         notifyAll是唤醒所有正在等待该对象锁的线程.
         在这里我也重申一下,我们应该优先使用notifyAll()方法,因为唤醒所有线程比唤醒一个线程更容易让jvm找到最适合被唤醒的线程.

     对于上述方法,只有在当前线程中才能使用,否则报运行时错误java.lang.IllegalMonitorStateException: current thread not owner.




     下面,我谈一下synchronized和wait()、notify()等的关系:

1.有synchronized的地方不一定有wait,notify

2.有wait,notify的地方必有synchronized.这是因为wait和notify不是属于线程类，而是每一个对象都具有的方法，而且，这两个方法都和对象锁有关，有锁的地方，必有synchronized。

另外，请注意一点：如果要把notify和wait方法放在一起用的话，必须先调用notify后调用wait，因为如果调用完wait，该线程就已经不是current thread了。如下例：

/**
* Title:         Jdeveloper's Java Projdect
* Description:   n/a
* Copyright:     Copyright (c) 2001
* Company:       soho  http://www.ChinaJavaWorld.com
* @author [e-mail]
* @version 1.0
*/
import java.lang.Runnable;
import java.lang.Thread;

public class DemoThread
     implements Runnable {

   public DemoThread() {
     TestThread testthread1 = new TestThread(this, "1");
     TestThread testthread2 = new TestThread(this, "2");

     testthread2.start();
     testthread1.start();

   }

   public static void main(String[] args) {
     DemoThread demoThread1 = new DemoThread();

   }

   public void run() {

     TestThread t = (TestThread) Thread.currentThread();
     try {
       if (!t.getName().equalsIgnoreCase("1")) {
         synchronized (this) {
           wait();
         }
       }
       while (true) {

         System.out.println("@time in thread" + t.getName() + "=" +
                            t.increaseTime());

         if (t.getTime() % 10 == 0) {
           synchronized (this) {
             System.out.println("****************************************");
             notify();
             if (t.getTime() == 100)
               break;
             wait();
           }
         }
       }
     }
     catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
     }
   }

}

class TestThread
     extends Thread {
   private int time = 0;
   public TestThread(Runnable r, String name) {
     super(r, name);
   }

   public int getTime() {
     return time;
   }

   public int increaseTime() {
     return++time;
   }

}

     下面我们用生产者/消费者这个例子来说明他们之间的关系:

     public class test {
   public static void main(String args[]) {
     Semaphore s = new Semaphore(1);
     Thread t1 = new Thread(s, "producer1");
     Thread t2 = new Thread(s, "producer2");
     Thread t3 = new Thread(s, "producer3");
     Thread t4 = new Thread(s, "consumer1");
     Thread t5 = new Thread(s, "consumer2");
     Thread t6 = new Thread(s, "consumer3");
     t1.start();
     t2.start();
     t3.start();
     t4.start();
     t5.start();
     t6.start();
   }
}

class Semaphore
     implements Runnable {
   private int count;
   public Semaphore(int n) {
     this.count = n;
   }

   public synchronized void acquire() {
     while (count == 0) {
       try {
         wait();
       }
       catch (InterruptedException e) {
         //keep trying
       }
     }
     count--;
   }

   public synchronized void release() {
     while (count == 10) {
       try {
         wait();
       }
       catch (InterruptedException e) {
         //keep trying
       }
     }
     count++;
     notifyAll(); //alert a thread that's blocking on this semaphore
   }

   public void run() {
     while (true) {
       if (Thread.currentThread().getName().substring(0,8).equalsIgnoreCase("consumer")) {
         acquire();
       }
       else if (Thread.currentThread().getName().substring(0,8).equalsIgnoreCase("producer")) {
         release();
       }
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + count);
     }
   }
}

        生产者生产,消费者消费,一般没有冲突,但当库存为0时,消费者要消费是不行的,但当库存为上限(这里是10)时,生产者也不能生产.请好好研读上面的程序,你一定会比以前进步很多.

       上面的代码说明了synchronized和wait,notify没有绝对的关系,在synchronized声明的方法、代码块中,你完全可以不用wait,notify等方法,但是,如果当线程对某一资源存在某种争用的情况下,你必须适时得将线程放入等待或者唤醒.


转自:http://hi.baidu.com/myicer/blog/item/b376452ca5ee82ee8a1399bd.html