Java多線程中線程阻塞機制打賞

為了解決對共享存儲區的訪問沖突,Java 引入了同步機制,現在讓我們來考察多個線程對共享資源的訪問,顯然同步機制已經不夠了,因為在任意時刻所要求的資源不一定已經準備好了被訪問,反過來,同一時刻準備好了的資源也可能不止一個。為了解決這種情況下的訪問控制問題,Java 引入了對阻塞機制的支持。

阻塞指的是暫停一個線程的執行以等待某個條件發生(如某資源就緒),學過操作系統的同學對它一定已經很熟悉了。Java 提供了大量方法來支持阻塞,下面讓我們逐一分析。

1. sleep() 方法:sleep() 允許 指定以毫秒為單位的一段時間作為參數,它使得線程在指定的時間內進入阻塞狀態,不能得到CPU 時間,指定的時間一過,線程重新進入可執行狀態。

典型地,sleep() 被用在等待某個資源就緒的情形:測試發現條件不滿足后,讓線程阻塞一段時間后重新測試,直到條件滿足為止。

2. suspend() 和 resume() 方法:兩個方法配套使用,suspend()使得線程進入阻塞狀態,并且不會自動恢復,必須其對應的resume() 被調用,才能使得線程重新進入可執行狀態。典型地,suspend() 和 resume() 被用在等待另一個線程產生的結果的情形:測試發現結果還沒有產生后,讓線程阻塞,另一個線程產生了結果后,調用 resume() 使其恢復。

3. yield() 方法:yield() 使得線程放棄當前分得的 CPU 時間,但是不使線程阻塞,即線程仍處于可執行狀態,隨時可能再次分得 CPU 時間。調用 yield() 的效果等價于調度程序認為該線程已執行了足夠的時間從而轉到另一個線程。

4. wait() 和 notify() 方法:兩個方法配套使用,wait() 使得線程進入阻塞狀態,它有兩種形式,一種允許 指定以毫秒為單位的一段時間作為參數,另一種沒有參數,前者當對應的 notify() 被調用或者超出指定時間時線程重新進入可執行狀態,后者則必須對應的 notify() 被調用。

初看起來它們與 suspend() 和 resume() 方法對沒有什么分別,但是事實上它們是截然不同的。區別的核心在于,前面敘述的所有方法,阻塞時都不會釋放占用的鎖(如果占用了的話),而這一對方法則相反。

上述的核心區別導致了一系列的細節上的區別。

首先,前面敘述的所有方法都隸屬于 Thread 類,但是這一對卻直接隸屬于 Object 類,也就是說,所有對象都擁有這一對方法。初看起來這十分不可思議,但是實際上卻是很自然的,因為這一對方法阻塞時要釋放占用的鎖,而鎖是任何對象都具有的,調用任意對象的 wait() 方法導致線程阻塞,并且該對象上的鎖被釋放。而調用 任意對象的notify()方法則導致因調用該對象的 wait() 方法而阻塞的線程中隨機選擇的一個解除阻塞(但要等到獲得鎖后才真正可執行)。

其次,前面敘述的所有方法都可在任何位置調用,但是這一對方法卻必須在 synchronized 方法或塊中調用,理由也很簡單,只有在synchronized 方法或塊中當前線程才占有鎖,才有鎖可以釋放。同樣的道理,調用這一對方法的對象上的鎖必須為當前線程所擁有,這樣才有鎖可以釋放。因此,這一對方法調用必須放置在這樣的 synchronized 方法或塊中,該方法或塊的上鎖對象就是調用這一對方法的對象。若不滿足這一條件,則程序雖然仍能編譯,但在運行時會出現IllegalMonitorStateException 異常。

wait() 和 notify() 方法的上述特性決定了它們經常和synchronized 方法或塊一起使用,將它們和操作系統的進程間通信機制作一個比較就會發現它們的相似性:synchronized方法或塊提供了類似于操作系統原語的功能,它們的執行不會受到多線程機制的干擾,而這一對方法則相當于 block 和wakeup 原語(這一對方法均聲明為 synchronized)。它們的結合使得我們可以實現操作系統上一系列精妙的進程間通信的算法(如信號量算法),并用于解決各種復雜的線程間通信問題。

關于 wait() 和 notify() 方法最后再說明兩點:

第一:調用 notify() 方法導致解除阻塞的線程是從因調用該對象的 wait() 方法而阻塞的線程中隨機選取的,我們無法預料哪一個線程將會被選擇,所以編程時要特別小心,避免因這種不確定性而產生問題。

第二:除了 notify(),還有一個方法 notifyAll() 也可起到類似作用,唯一的區別在于,調用 notifyAll() 方法將把因調用該對象的 wait() 方法而阻塞的所有線程一次性全部解除阻塞。當然,只有獲得鎖的那一個線程才能進入可執行狀態。

談到阻塞,就不能不談一談死鎖,略一分析就能發現,suspend() 方法和不指定超時期限的 wait() 方法的調用都可能產生死鎖。遺憾的是,Java 并不在語言級別上支持死鎖的避免,我們在編程中必須小心地避免死鎖。

以上我們對 Java 中實現線程阻塞的各種方法作了一番分析,我們重點分析了 wait() 和 notify() 方法,因為它們的功能最強大,使用也最靈活,但是這也導致了它們的效率較低,較容易出錯。實際使用中我們應該靈活使用各種方法,以便更好地達到我們的目的。

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Java多線程中線程阻塞機制
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已有3條評論

  1. 何捷浪

    喜歡~~好~萌菌網www.moejun.tv/

    2015-04-27 10:16 回復
  2. 禮儀之邦送禮網

    很喜歡看博主的文章,每次都能學習到一些東西,希望可以多交流,我的主頁是www.li63.com

    2012-11-12 16:57 回復
  3. 分條機刀片

    談到阻塞,就不能不談一談死鎖,略一分析就能發現,suspend() 方法和不指定超時期限的 wait() 方法的調用都可能產生死鎖。

    2012-10-13 22:09 回復

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