面試官：如何實現線程通訊？

作者：磊哥 2024-09-11 22:51:19

為什么還有會 Object 的 wait 和 notify 方法呢？因為 Object 類誕生的比較早，也就是說 Condition 和 LockSupport 都是 JDK 后期版本才出現的功能，所以就有了現在這么多線程喚醒和等待的方法了。

線程通信是指多個線程之間通過某種機制進行協調和交互，例如，線程等待和通知機制就是線程通訊的主要手段之一。

在 Java 中，線程等待和通知的實現手段有以下幾種方式：

Object 類下的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法；
Condition 類下的 await()、signal() 和 signalAll() 方法；
LockSupport 類下的 park() 和 unpark() 方法。

為什么一個線程等待和通知機制就需要這么多的實現方式呢？

別著急，咱們先來看實現，再來說原因。

一、wait/notify/notifyAll

Object 類的方法說明：

wait()：讓當前線程處于等待狀態，并釋放當前擁有的鎖；
notify()：隨機喚醒等待該鎖的其他線程，重新獲取鎖，并執行后續的流程，只能喚醒一個線程；
notifyAll()：喚醒所有等待該鎖的線程（鎖只有一把，雖然所有線程被喚醒，但所有線程需要排隊執行）。

示例代碼如下：

Object lock = new Object();
// 創建線程并執行
new Thread(() -> {
    System.out.println("線程1：開始執行");
    synchronized (lock) {
        try {
            System.out.println("線程1：進入等待");
            lock.wait();
            System.out.println("線程1：繼續執行");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("線程1：執行完成");
    }
}).start();

Thread.sleep(1000);
synchronized (lock) {
    // 喚醒線程
    System.out.println("執行 notifyAll()");
    lock.notifyAll();
}

二、await/signal/signalAll

Condition 類的方法說明：

await()：對應 Object 的 wait() 方法，線程等待；
signal()：對應 Object 的 notify() 方法，隨機喚醒一個線程；
signalAll()：對應 Object 的 notifyAll() 方法，喚醒所有線程。

示例代碼如下：

// 創建 Condition 對象
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition(); // lock 下可創建多個 Condition
// 加鎖
lock.lock();
try {
    // 業務方法......
    // 1.進入等待狀態
    condition.await();
    // 2.喚醒操作
    condition.signal();
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    lock.unlock();
}

三、park/unpark

LockSupport 類的方法說明：

LockSupport.park()：休眠當前線程。
LockSupport.unpark(線程對象)：喚醒某一個指定的線程。

PS：LockSupport 無需配鎖（synchronized 或 Lock）一起使用。

示例代碼如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        LockSupport.park();
        System.out.println("線程1");
    }, "線程1");
    t1.start();
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("喚醒線程1");
        LockSupport.unpark(t1);
    }, "線程2");
    t2.start();
}

四、小結

為什么一個線程等待和喚醒的功能需要這么多的實現呢？

LockSupport 存在的必要性：前兩種方法 notify 方法以及 signal 方法都是隨機喚醒，如果存在多個等待線程的話，可能會喚醒不應該喚醒的線程，因此有 LockSupport 類下的 park 和 unpark 方法指定喚醒線程是非常有必要的。
Condition 存在的必要性：Condition 相比于 Object 類的 wait 和 notify/notifyAll 方法，前者可以創建多個等待集，例如，我們可以創建一個生產者等待喚醒對象，和一個消費者等待喚醒對象，這樣我們就能實現生產者只能喚醒消費者，而消費者只能喚醒生產者的業務邏輯了，如下代碼所示：

// 創建 Condition 對象
private Lock lock = new ReentrantLock();
// 生產者的 Condition 對象
private Condition producerCondition = lock.newCondition();
// 本篇內容出自磊哥《Java面試突擊訓練營》 VX：GG_Stone
// 消費者的 Condition 對象
private Condition consumerCondition = lock.newCondition();

也就是 Condition 是 Object 等待喚醒模型的升級，Object 類可以實現的功能它都能實現，但 Condition 能實現的功能，Object 卻不能實現，這就是 Condition 類存在的必要性。

那問題來了，為什么還有會 Object 的 wait 和 notify 方法呢？因為 Object 類誕生的比較早，也就是說 Condition 和 LockSupport 都是 JDK 后期版本才出現的功能，所以就有了現在這么多線程喚醒和等待的方法了。

責任編輯：武曉燕來源：磊哥和Java

線程通訊 Object