Java详解多线程协作作业之信号同步
在多线程协作时,信号同步是一种重要的协作机制。它可以让线程等待某个条件满足后再继续执行,从而实现线程之间的协作。本篇文章将详细讲解Java中信号同步的用法和原理。
使用等待/通知机制实现信号同步
Java中使用等待/通知机制来实现信号同步。该机制由以下三个方法实现:
wait()
:使线程等待,直到其他线程调用了notify()
或notifyAll()
方法。notify()
:唤醒一个在等待该对象的线程。notifyAll()
:唤醒所有在等待该对象的线程。
等待/通知机制需要与synchronized
关键字一起使用。在使用等待/通知机制时,线程必须获得对象的锁才能调用wait()
、notify()
或notifyAll()
方法。
下面是一个使用等待/通知机制实现信号同步的示例:
public class SignalSynTest {
private boolean hasDataToProcess = false;
public synchronized void produce() {
// 生产数据,设置标志位为true
hasDataToProcess = true;
System.out.println("Producing data...");
// 通知等待该对象锁的线程
notify();
}
public synchronized void consume() throws InterruptedException {
while(!hasDataToProcess) {
// 等待该对象锁的通知
wait();
}
// 处理数据
System.out.println("Consuming data...");
// 设置标志位为false
hasDataToProcess = false;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SignalSynTest synTest = new SignalSynTest();
// 启动一个生产者线程
new Thread(() -> {
while(true) {
synTest.produce();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
// 启动一个消费者线程
new Thread(() -> {
while(true) {
try {
synTest.consume();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
在以上示例中,生产者线程和消费者线程共享了一个SignalSynTest
对象。生产者线程通过调用produce()
方法来生产数据并设置标志位为true
,然后通知等待该对象锁的线程;消费者线程通过调用consume()
方法来等待对象锁的通知,一旦收到通知,立即处理数据并将标志位设置为false
。
使用Lock和Condition接口实现信号同步
Java中还可以使用java.util.concurrent
包中的Lock
和Condition
接口来实现信号同步。Lock
和synchronized
类似,都可以获得一个对象的锁。但是,相比synchronized
而言,Lock
接口提供了更多的灵活性。
下面是一个使用Lock
和Condition
接口实现信号同步的示例:
public class SignalSynTest2 {
private boolean hasDataToProcess = false;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition condition = lock.newCondition();
public void produce() {
lock.lock();
try {
// 生产数据,设置标志位为true
hasDataToProcess = true;
System.out.println("Producing data...");
// 通知等待该条件的线程
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void consume() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (!hasDataToProcess) {
// 等待该条件的通知
condition.await();
}
// 处理数据
System.out.println("Consuming data...");
// 设置标志位为false
hasDataToProcess = false;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SignalSynTest2 synTest = new SignalSynTest2();
// 启动一个生产者线程
new Thread(() -> {
while(true) {
synTest.produce();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
// 启动一个消费者线程
new Thread(() -> {
while(true) {
try {
synTest.consume();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
在以上示例中,生产者线程和消费者线程共享了一个SignalSynTest2
对象。生产者线程通过调用produce()
方法来生产数据并设置标志位为true
,然后通知等待该条件的线程;消费者线程通过调用consume()
方法来等待等待该条件的通知,一旦收到通知,立即处理数据并将标志位设置为false
。当使用Lock
和Condition
接口实现信号同步时,线程需要先获得锁,然后再调用await()
、signal()
或signalAll()
方法。在处理完数据之后,线程需要释放锁,以供其他线程使用。
示例说明
在以上示例中,我们定义了两个示例,分别使用了等待/通知机制和Lock
和Condition
接口来实现信号同步。这两个示例都包含了一个生产者线程和一个消费者线程,生产者线程负责生产数据并通知消费者线程,消费者线程负责处理数据并等待生产者线程的通知。通过这两个示例,我们可以了解到Java中信号同步的两种不同实现方式,并掌握信号同步的基本原理和使用方法。
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