详解Java中的互斥锁、信号量和多线程等待机制

互斥锁

介绍

互斥锁（Mutual Exclusion Lock），简称 Mutex，是用于保护共享资源的一种机制。当多个线程同时访问共享资源时，互斥锁可以确保同一时刻只有一个线程可以访问该资源。在 Java 中，互斥锁可以通过 synchronized 关键字来实现。

示例

下面是一个使用互斥锁的示例，其中 synchronized 关键字用来保证对 counter 变量的访问是互斥的。

public class Counter {
    private int counter = 0;

    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }

    public synchronized void decrement() {
        counter--;
    }

    public synchronized int getCounter() {
        return counter;
    }
}

信号量

介绍

信号量（Semaphore）是一种计数器，用来保护一组资源，它可以控制同时访问这些资源的线程数量。当多个线程试图同时访问共享资源时，只有在信号量允许的情况下，才能继续执行，否则线程必须等待。

在 Java 中，信号量可以通过 java.util.concurrent.Semaphore 类来实现。

示例

下面是一个使用信号量的示例，其中 Semaphore 用来控制对 taskQueue 变量的访问。

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class TaskQueue {
    private final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
    private String task;

    public void addTask(String task) throws InterruptedException {
        semaphore.acquire();
        this.task = task;
        semaphore.release();
    }

    public String getTask() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire();
        String task = this.task;
        semaphore.release();
        return task;
    }
}

多线程等待机制

介绍

多线程等待机制是指在多线程编程中，一个线程需要等待另一个线程完成某个操作后再继续执行。在 Java 中，可以使用 java.lang.Object 类提供的 wait() 和 notify() 方法来实现多线程等待机制。当一个线程调用了某个对象的 wait() 方法时，它会释放该对象的监视器锁，并进入等待状态，直到其他线程调用了该对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法为止。当另一个线程调用了 notify() 或 notifyAll() 方法，并且该对象的监视器锁处于空闲状态时，等待线程会与其他线程竞争该对象的监视器锁，从而恢复执行。

示例

下面是一个使用多线程等待机制的示例，其中一个线程负责生产数据，另一个线程负责消费数据。

public class Data {
    private int value;
    private boolean hasValue = false;

    public synchronized void produce(int value) throws InterruptedException {
        while (hasValue) {
            wait();
        }
        this.value = value;
        hasValue = true;
        notify();
    }

    public synchronized int consume() throws InterruptedException {
        while (!hasValue) {
            wait();
        }
        int value = this.value;
        hasValue = false;
        notify();
        return value;
    }
}

总结

在多线程编程中，互斥锁、信号量和多线程等待机制是常用的机制，它们可以有效地控制对共享资源的访问和线程的执行。在使用这些机制时，需要仔细考虑各种情况，从而保证线程的正确性和效率。