Java中的线程通信与等待通知机制

# 1. 介绍

## 1.1 线程通信的重要性

在多线程编程中，线程通信是非常重要的。多个线程之间需要相互协调和通信，以便共同完成某个任务。

## 1.2 线程通信的基本概念

线程通信是指多个线程之间通过协作来完成特定任务的过程。它涉及到线程之间的信息交换、同步和互斥操作。

## 1.3 Java中的线程通信问题

在Java中，线程通信问题主要包括共享数据的访问和修改、线程的同步与互斥、线程的等待和唤醒等方面。Java提供了丰富的工具和机制来帮助开发者解决线程通信的问题。

# 2. 共享数据与同步

在多线程编程中，线程之间通常会共享数据。然而，多个线程对共享数据的并发访问往往会引发一系列的问题，包括数据的不一致性、线程安全等。因此，需要通过同步机制来确保多个线程之间对共享数据的安全访问。

#### 2.1 共享数据的概念与问题

共享数据是指在多个线程之间可以直接访问的数据。在多线程编程中，当多个线程同时操作共享数据时，可能会出现数据错乱、数据丢失等问题。这是因为线程的执行是不确定的，多个线程之间的执行顺序不确定，如果不加以限制，可能会造成对共享数据的不正确访问。

#### 2.2 同步机制及其作用

同步机制是一种多线程协作的手段，通过同步机制可以确保多个线程之间对共享数据的安全访问。常见的同步机制包括synchronized关键字、ReentrantLock、Semaphore等。这些同步机制可以帮助我们实现线程之间的协调和通信，避免数据访问的冲突和错误。

#### 2.3 Java中的同步机制实现

在Java中，可以使用synchronized关键字或者ReentrantLock类来实现同步。synchronized关键字可以修饰方法或代码块，确保在同一时刻最多只有一个线程可以执行被修饰的代码。ReentrantLock是JDK提供的可重入锁，在使用上相对灵活，可以实现更复杂的同步需求。

在接下来的章节中，我们将会详细介绍Java中的等待与通知机制，以及如何使用这些机制来实现线程间的协作和通信。

# 3. 等待与通知

在多线程编程中，线程通信是一个重要的问题。线程之间需要进行有效的通信以便协调彼此的工作，而等待与通知机制正是实现线程通信的重要手段之一。

#### 3.1 Object类中的等待与通知方法

在Java中，每个对象都有一个与之相关联的锁（或监视器）。Object类提供了以下用于线程通信的方法：

- `wait()`: 当一个线程调用对象的`wait()`方法时，该线程会释放对象的锁，并进入等待状态，直到其他线程调用该对象的`notify()`或`notifyAll()`方法来唤醒它。
- `notify()`: 当一个线程调用对象的`notify()`方法时，它会唤醒在该对象上调用`wait()`方法进入等待状态的一个线程，如果有多个线程在等待，那么只有其中一个线程会被唤醒。
- `notifyAll()`: 当一个线程调用对象的`notifyAll()`方法时，它会唤醒在该对象上调用`wait()`方法进入等待状态的所有线程。

#### 3.2 等待与通知的基本原理

等待与通知机制的基本原理是基于对象的监视器（锁）来实现的。当一个线程调用`wait()`方法时，它会释放对象的锁，并进入等待状态，直到其他线程调用`notify()`或`notifyAll()`方法来唤醒它。唤醒的线程将重新竞争对象的锁。

#### 3.3 Java中的等待通知机制实现

在Java中，通过使用`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法配合对象的监视器（锁），可以实现多线程之间的等待与通知机制，从而实现线程之间的有效通信。

以上就是关于Java中等待与通知机制的基本介绍，接下来我们将通过具体的示例来演示如何使用这些方法来实现线程通信。

# 4. 使用wait和notify实现线程通信

在Java中，可以使用wait和notify方法来实现线程通信。这两个方法是Object类中的方法，因此所有的对象都可以调用这两个方法。在进行线程通信时，通常会使用这两个方法配合synchronized关键字来实现同步操作。

#### 4.1 wait和notify的基本用法

- **wait方法**：调用wait方法会使当前线程进入等待状态，同时释放对象的锁。线程在等待状态下会一直等待，直到其他线程调用notify或notifyAll方法来唤醒它。

  synchronized (sharedObject) {
      while (conditionIsNotMet) {
          sharedObject.wait();
      }
  }

- **notify方法**：调用notify方法会唤醒处于对象等待池中的某个线程，使其进入锁池并参与竞争对象的锁。

  synchronized (sharedObject) {
      // modify the shared data
      sharedObject.notify();
  }

#### 4.2 线程通信示例

下面给出一个简单的示例，说明如何使用wait和notify方法实现线程通信。

public class WaitNotifyExample {
    public static void main(String[] args) {
        final Object sharedObject = new Object();
        Thread t1 = new Thread(