内容简介:线程通常必须协调他们的操作,最常见的协调用法是守护阻塞,这样的阻塞首先轮询一个条件,该条件必须为真,然后阻塞才能继续,要正确执行此操作,需要执行许多步骤。例如,假设更有效的守护是调用
守护阻塞
线程通常必须协调他们的操作,最常见的协调用法是守护阻塞,这样的阻塞首先轮询一个条件,该条件必须为真,然后阻塞才能继续,要正确执行此操作,需要执行许多步骤。
例如,假设 guardedJoy
是一个方法,在另一个线程设置了共享变量 joy
之前,该方法不能继续,理论上,这种方法可以简单地循环直到满足条件,但该循环是浪费的,因为它在等待时持续执行。
public void guardedJoy() { // Simple loop guard. Wastes // processor time. Don't do this! while(!joy) {} System.out.println("Joy has been achieved!"); }
更有效的守护是调用 Object.wait
来挂起当前线程,在另一个线程发出可能发生某些特殊事件的通知之前, wait
的调用不会返回 — 尽管不一定是这个线程正在等待的事件:
public synchronized void guardedJoy() { // This guard only loops once for each special event, which may not // be the event we're waiting for. while(!joy) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} } System.out.println("Joy and efficiency have been achieved!"); }
始终在测试等待条件的循环内调用 wait
,不要假设中断是针对你正在等待的特定条件,或者条件仍然是 true
。
像许多暂停执行的方法一样, wait
会抛出 InterruptedException
,在这个例子中,我们可以忽略该异常 — 我们只关心 joy
的值。
为什么这个版本的 guardedJoy
是同步的?假设 d
是我们用来调用 wait
的对象,当一个线程调用 d.wait
时,它必须拥有 d
的固有锁 — 否则抛出一个错误,在同步方法中调用 wait
是获取固有锁的一种简单方法。
当调用 wait
时,线程释放锁并暂停执行,在将来的某个时间,另一个线程将获取相同的锁并调用 Object.notifyAll
,通知等待该锁的所有线程发生了重要的事情:
public synchronized notifyJoy() { joy = true; notifyAll(); }
在第二个线程释放锁之后的一段时间,第一个线程重新获取锁并通过从调用 wait
的返回来恢复。
还有第二种通知方法 notify
,它唤醒单个线程,因为 notify
不允许你指定被唤醒的线程,所以它仅在大规模并行应用程序中有用 — 也就是说,具有大量线程的程序,都做类似的事,在这样的应用程序中,你不关心哪个线程被唤醒。
让我们使用守护阻塞来创建生产者—消费者应用程序,这种应用程序在两个线程之间共享数据:创建数据的生产者和使用数据的消费者。两个线程使用共享对象进行通信,协调至关重要:消费者线程在生产者线程交付之前不得尝试检索数据,如果消费者未检索到旧数据,则生产者线程不得尝试传递新数据。
在此示例中,数据是一系列文本消息,通过 Drop 类型的对象共享:
public class Drop { // Message sent from producer // to consumer. private String message; // True if consumer should wait // for producer to send message, // false if producer should wait for // consumer to retrieve message. private boolean empty = true; public synchronized String take() { // Wait until message is // available. while (empty) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} } // Toggle status. empty = true; // Notify producer that // status has changed. notifyAll(); return message; } public synchronized void put(String message) { // Wait until message has // been retrieved. while (!empty) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} } // Toggle status. empty = false; // Store message. this.message = message; // Notify consumer that status // has changed. notifyAll(); } }
Producer
中定义的生产者线程发送一系列熟悉的消息,字符串“ DONE
”表示已发送所有消息,为了模拟真实世界应用程序的不可预测性,生产者线程在消息发送之间暂停随机间隔。
import java.util.Random; public class Producer implements Runnable { private Drop drop; public Producer(Drop drop) { this.drop = drop; } public void run() { String importantInfo[] = { "Mares eat oats", "Does eat oats", "Little lambs eat ivy", "A kid will eat ivy too" }; Random random = new Random(); for (int i = 0; i < importantInfo.length; i++) { drop.put(importantInfo[i]); try { Thread.sleep(random.nextInt(5000)); } catch (InterruptedException e) {} } drop.put("DONE"); } }
在 Consumer
中定义的消费者线程只是检索消息并将其打印出来,直到它检索到“ DONE
”字符串,该线程也会暂停随机间隔。
import java.util.Random; public class Consumer implements Runnable { private Drop drop; public Consumer(Drop drop) { this.drop = drop; } public void run() { Random random = new Random(); for (String message = drop.take(); ! message.equals("DONE"); message = drop.take()) { System.out.format("MESSAGE RECEIVED: %s%n", message); try { Thread.sleep(random.nextInt(5000)); } catch (InterruptedException e) {} } } }
最后,这是在 ProducerConsumerExample 中定义的主线程,它启动生产者和消费者线程。
public class ProducerConsumerExample { public static void main(String[] args) { Drop drop = new Drop(); (new Thread(new Producer(drop))).start(); (new Thread(new Consumer(drop))).start(); } }
Drop
类是为了演示守护阻塞而编写的,为了避免重新造轮子,在尝试编写自己的数据共享对象之前,检查 Java 集合框架中的现有数据结构。
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