多线程之 wait notify notifyall

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wait()、notify()、notifyAll()是三个定义在Object类里的方法，可以用来控制线程的状态。

这三个方法最终调用的都是jvm级的native方法。随着jvm运行平台的不同可能有些许差异。

 

• 如果对象调用了wait方法就会使持有该对象的线程把该对象的控制权交出去，然后处于等待状态。
• 如果对象调用了notify方法就会通知某个正在等待这个对象的控制权的线程可以继续运行。
• 如果对象调用了notifyAll方法就会通知所有等待这个对象控制权的线程继续运行。

 

其中wait方法有三个over load方法：

wait()

wait(long)

wait(long,int)

wait方法通过参数可以指定等待的时长。如果没有指定参数，默认一直等待直到被通知。

 

 

以下是一个演示代码，以最简洁的方式说明复杂的问题：

简要说明下：

NotifyThread是用来模拟3秒钟后通知其他等待状态的线程的线程类；

WaitThread是用来模拟等待的线程类；

等待的中间对象是flag，一个String对象；

main方法中同时启动一个Notify线程和三个wait线程；

 

 

public class NotifyTest {
    private  String flag = "true";

    class NotifyThread extends Thread{
        public NotifyThread(String name) {
            super(name);
        }
        public void run() {
            try {
                sleep(3000);//推迟3秒钟通知
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

                flag = "false";
                flag.notify();
        }
    };

    class WaitThread extends Thread {
        public WaitThread(String name) {
            super(name);
        }

        public void run() {

                while (flag!="false") {
                    System.out.println(getName() + " begin waiting!");
                    long waitTime = System.currentTimeMillis();
                    try {
                        flag.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    waitTime = System.currentTimeMillis() - waitTime;
                    System.out.println("wait time :"+waitTime);
                }
                System.out.println(getName() + " end waiting!");

        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("Main Thread Run!");
        NotifyTest test = new NotifyTest();
        NotifyThread notifyThread =test.new NotifyThread("notify01");
        WaitThread waitThread01 = test.new WaitThread("waiter01");
        WaitThread waitThread02 = test.new WaitThread("waiter02");
        WaitThread waitThread03 = test.new WaitThread("waiter03");
        notifyThread.start();
        waitThread01.start();
        waitThread02.start();
        waitThread03.start();
    }

}

 

OK，如果你拿这段程序去运行下的话， 会发现根本运行不了，what happened？满屏的java.lang.IllegalMonitorStateException。

没错，这段程序有很多问题，我们一个个来看。

 

首先，这儿要非常注意的几个事实是

 

1. 任何一个时刻，对象的控制权（monitor）只能被一个线程拥有。
2. 无论是执行对象的wait、notify还是notifyAll方法，必须保证当前运行的线程取得了该对象的控制权（monitor）
3. 如果在没有控制权的线程里执行对象的以上三种方法，就会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常。
4. JVM基于多线程，默认情况下不能保证运行时线程的时序性

 

基于以上几点事实，我们需要确保让线程拥有对象的控制权。

也就是说在waitThread中执行wait方法时，要保证waitThread对flag有控制权；

在notifyThread中执行notify方法时，要保证notifyThread对flag有控制权。

 

线程取得控制权的方法有三：

 

1. 执行对象的某个同步实例方法。
2. 执行对象对应类的同步静态方法。
3. 执行对该对象加同步锁的同步块。

我们用第三种方法来做说明：

将以上notify和wait方法包在同步块中

 

synchronized (flag) {
                flag = "false";
                flag.notify();
            }

 

 

synchronized (flag) {
                while (flag!="false") {
                    System.out.println(getName() + " begin waiting!");
                    long waitTime = System.currentTimeMillis();
                    try {
                        flag.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    waitTime = System.currentTimeMillis() - waitTime;
                    System.out.println("wait time :"+waitTime);
                }
                System.out.println(getName() + " end waiting!");
            }

 

我们向前进了一步。

问题解决了吗？

好像运行还是报错java.lang.IllegalMonitorStateException。what happened？

 

这时的异常是由于在针对flag对象同步块中，更改了flag对象的状态所导致的。如下：

flag="false";

flag.notify();

对在同步块中对flag进行了赋值操作，使得flag引用的对象改变，这时候再调用notify方法时，因为没有控制权所以抛出异常。

 

我们可以改进一下，将flag改成一个JavaBean，然后更改它的属性不会影响到flag的引用。

我们这里改成数组来试试，也可以达到同样的效果：

 

 

private   String flag[] = {"true"};

 

 

synchronized (flag) {
            flag[0] = "false";
            flag.notify();
        }

 

 

synchronized (flag) {
                while (flag[0]!="false") {
                    System.out.println(getName() + " begin waiting!");
                    long waitTime = System.currentTimeMillis();
                    try {
                        flag.wait();

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

 

 

这时候再运行，不再报异常，但是线程没有结束是吧，没错，还有线程堵塞，处于wait状态。

 

原因很简单，我们有三个wait线程，只有一个notify线程，notify线程运行notify方法的时候，是随机通知一个正在等待的线程，所以，现在应该还有两个线程在waiting。

 

我们只需要将NotifyThread线程类中的flag.notify()方法改成notifyAll()就可以了。notifyAll方法会通知所有正在等待对象控制权的线程。

 

最终完成版如下：

 

 

public class NotifyTest {
    private String flag[] = { "true" };

    class NotifyThread extends Thread {
        public NotifyThread(String name) {
            super(name);
        }

        public void run() {
            try {
                sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (flag) {
                flag[0] = "false";
                flag.notifyAll();
            }
        }
    };

    class WaitThread extends Thread {
        public WaitThread(String name) {
            super(name);
        }

        public void run() {
            synchronized (flag) {
                while (flag[0] != "false") {
                    System.out.println(getName() + " begin waiting!");
                    long waitTime = System.currentTimeMillis();
                    try {
                        flag.wait();

                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    waitTime = System.currentTimeMillis() - waitTime;
                    System.out.println("wait time :" + waitTime);
                }
                System.out.println(getName() + " end waiting!");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("Main Thread Run!");
        NotifyTest test = new NotifyTest();
        NotifyThread notifyThread = test.new NotifyThread("notify01");
        WaitThread waitThread01 = test.new WaitThread("waiter01");
        WaitThread waitThread02 = test.new WaitThread("waiter02");
        WaitThread waitThread03 = test.new WaitThread("waiter03");
        notifyThread.start();
        waitThread01.start();
        waitThread02.start();
        waitThread03.start();
    }

}