Java 线程协作 wait,notify,notifyAll,Sleep,Join,Condition

　在前面我们将了很多关于同步的问题，然而在现实中，需要线程之间的协作。比如说最经典的生产者-消费者模型：当队列满时，生产者需要等待队列有空间才能继续往里面放入商品，而在等待的期间内，生产者必须释放对临界资源（即队列）的占用权。因为生产者如果不释放对临界资源的占用权，那么消费者就无法消费队列中的商品，就不会让队列有空间，那么生产者就会一直无限等待下去。因此，一般情况下，当队列满时，会让生产者交出对临界资源的占用权，并进入挂起状态。然后等待消费者消费了商品，然后消费者通知生产者队列有空间了。同样地，当队列空时，消费者也必须等待，等待生产者通知它队列中有商品了。这种互相通信的过程就是线程间的协作。

wait()、notify()和notifyAll()

wait()、notify()和notifyAll()是Object类中的方法：
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）
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；
有朋友可能会有疑问：为何这三个不是Thread类声明中的方法，而是Object类中声明的方法（当然由于Thread类继承了Object类，所以Thread也可以调用者三个方法）？其实这个问题很简单，由于每个对象都拥有monitor（即锁），所以让当前线程等待某个对象的锁，当然应该通过这个对象来操作了。而不是用当前线程来操作，因为当前线程可能会等待多个线程的锁，如果通过线程来操作，就非常复杂了。

　　上面已经提到，如果调用某个对象的wait()方法，当前线程必须拥有这个对象的monitor（即锁），因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行（synchronized块或者synchronized方法）。

　　调用某个对象的wait()方法，相当于让当前线程交出此对象的monitor，然后进入等待状态，等待后续再次获得此对象的锁（Thread类中的sleep方法使当前线程暂停执行一段时间，从而让其他线程有机会继续执行，但它并不释放对象锁）；

　　notify()方法能够唤醒一个正在等待该对象的monitor的线程，当有多个线程都在等待该对象的monitor的话，则只能唤醒其中一个线程，具体唤醒哪个线程则不得而知。

　　同样地，调用某个对象的notify()方法，当前线程也必须拥有这个对象的monitor，因此调用notify()方法必须在同步块或者同步方法中进行（synchronized块或者synchronized方法）。

　　nofityAll()方法能够唤醒所有正在等待该对象的monitor的线程，这一点与notify()方法是不同的。

　　 这里要注意一点：notify()和notifyAll()方法只是唤醒等待该对象的monitor的线程，并不决定哪个线程能够获取到monitor。

　　举个简单的例子：假如有三个线程Thread1、Thread2和Thread3都在等待对象objectA的monitor，此时Thread4拥有对象objectA的monitor，当在Thread4中调用objectA.notify()方法之后，Thread1、Thread2和Thread3只有一个能被唤醒。注意，被唤醒不等于立刻就获取了objectA的monitor。假若在Thread4中调用objectA.notifyAll()方法，则Thread1、Thread2和Thread3三个线程都会被唤醒，至于哪个线程接下来能够获取到objectA的monitor就具体依赖于操作系统的调度了。

　　上面尤其要注意一点，一个线程被唤醒不代表立即获取了对象的monitor，只有等调用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized块，释放对象锁后，其余线程才可获得锁执行。

下面看一个例子就明白了：

public class Test {    public static Object object = new Object();    public static void main(String[] args) {        Thread1 thread1 = new Thread1();        Thread2 thread2 = new Thread2();        thread1.start();        try {            Thread.sleep(200);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        thread2.start();    }    static class Thread1 extends Thread{        @Override        public void run() {            synchronized (object) {                try {                    object.wait();                } catch (InterruptedException e) {                }                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"获取到了锁");            }        }    }    static class Thread2 extends Thread{        @Override        public void run() {            synchronized (object) {                object.notify();                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"调用了object.notify()");            }            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"释放了锁");        }    }}

无论运行多少次，运行结果必定是：
线程Thread-1调用了object.notify()
线程Thread-1释放了锁
线程Thread-0获取到了锁

Join

如果你有三个线程，分别为T1,T2,T3,如何让线程T2在线程T1之后执行，在线程T3之前执行。
答案是：使用线程的join方法，该方法的作用是“等待线程执行结束”，即join()方法后面的代码块都要等待现场执行结束后才能执行。事例代码如下：

public class Test {      @SuppressWarnings("static-access")      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {          Thread t1 = new Thread(new Runner());          Thread t2 = new Thread(new Runner());          Thread t3 = new Thread(new Runner());          t1.start();          t1.sleep(5000);          t1.join();          t2.start();          t2.sleep(1000);          t2.join();          t3.start();          t3.join();      }  }  class Runner implements Runnable{      @Override      public void run() {          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"");      }  }  

执行结果是：
Thread-0
Thread-1
Thread-2

补充

线程的优先级无法保障线程的执行次序。只不过优先级高的线程获取 CPU 资源的概率大一点而已。

Condition

　Condition是在java 1.5中才出现的，它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition1的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用Condition，在阻塞队列那一篇博文中就讲述到了，阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。

Condition是个接口，基本的方法就是await()和signal()方法；
Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()
调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用

Conditon Object await() wait() signal() notify() signalAll() notifyAll()

生产者-消费者模型的实现

1. 使用Object的wait()和notify()实现：

public class Test {    private int queueSize = 10;    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);    public static void main(String[] args)  {        Test test = new Test();        Producer producer = test.new Producer();        Consumer consumer = test.new Consumer();        producer.start();        consumer.start();    }    class Consumer extends Thread{        @Override        public void run() {            consume();        }        private void consume() {            while(true){                synchronized (queue) {                    while(queue.size() == 0){                        try {                            System.out.println("队列空，等待数据");                            queue.wait();                        } catch (InterruptedException e) {                            e.printStackTrace();                            queue.notify();                        }                    }                    queue.poll();          //每次移走队首元素                    queue.notify();                    System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");                }            }        }    }    class Producer extends Thread{        @Override        public void run() {            produce();        }        private void produce() {            while(true){                synchronized (queue) {                    while(queue.size() == queueSize){                        try {                            System.out.println("队列满，等待有空余空间");                            queue.wait();                        } catch (InterruptedException e) {                            e.printStackTrace();                            queue.notify();                        }                    }                    queue.offer(1);        //每次插入一个元素                    queue.notify();                    System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));                }            }        }    }}

1. 使用Condition实现

public class Test {    private int queueSize = 10;    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);    private Lock lock = new ReentrantLock();    private Condition notFull = lock.newCondition();    private Condition notEmpty = lock.newCondition();    public static void main(String[] args)  {        Test test = new Test();        Producer producer = test.new Producer();        Consumer consumer = test.new Consumer();        producer.start();        consumer.start();    }    class Consumer extends Thread{        @Override        public void run() {            consume();        }        private void consume() {            while(true){                lock.lock();                try {                    while(queue.size() == 0){                        try {                            System.out.println("队列空，等待数据");                            notEmpty.await();                        } catch (InterruptedException e) {                            e.printStackTrace();                        }                    }                    queue.poll();                //每次移走队首元素                    notFull.signal();                    System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");                } finally{                    lock.unlock();                }            }        }    }    class Producer extends Thread{        @Override        public void run() {            produce();        }        private void produce() {            while(true){                lock.lock();                try {                    while(queue.size() == queueSize){                        try {                            System.out.println("队列满，等待有空余空间");                            notFull.await();                        } catch (InterruptedException e) {                            e.printStackTrace();                        }                    }                    queue.offer(1);        //每次插入一个元素                    notEmpty.signal();                    System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));                } finally{                    lock.unlock();                }            }        }    }}

Java中关于线程调度的API最主要的有下面几个：

1. 线程睡眠：Thread.sleep（long millis）方法
2. 线程等待：Object类中的wait（）方法
3. 线程让步：Thread.yield（） 方法
4. 线程加入：join（）方法
5. 线程唤醒：Object类中的notify（）方法

sleep方法与wait方法的区别：

1.sleep方法是静态方法，wait方法是非静态方法。
2.sleep方法在时间到后会自己“醒来”，但wait不能，必须由其它线程通过notify（All）方法让它“醒来”。
3.sleep方法通常用在不需要等待资源情况下的阻塞，像等待线程、数据库连接的情况一般用wait。
4.sleep/wait与yeld方法的区别：调用sleep或wait方法后，线程即进入block状态，而调用yield(屈服,放弃)方法后，线程进入runnable状态。

wait与join方法的区别：

1. wait方法体现了线程之间的互斥关系，而join方法体现了线程之间的同步关系。
2. wait方法必须由其它线程来解锁，而join方法不需要，只要被等待线程执行完毕，当前线程自动变为就绪。
3. join方法的一个用途就是让子线程在完成业务逻辑执行之前，主线程一直等待直到所有子线程执行完毕。

参考：
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920385.html
http://blog.csdn.net/zyplus/article/details/6672775
http://blog.csdn.net/u200814499/article/details/40147555
http://blog.csdn.net/mccand1234/article/details/51526552