线程之间通信等待（wait）和通知（notify）

线程通信概念：

线程是操作系统中独立的个体，但这些个体如果不经过特殊的处理就不能成为一个整体，线程之间的通信就成为整体的必用方式之一。当线程存在通信指挥，系统间的交互性会更强大，在提高CPU利用率的同时还会对线程任务在处理过程中进行有效的把控与监督。

为了支持多线程之间的协作，JDK提供了两个非常重要的接口线程等待wait()方法和通知notify()方法。这两个方法并不是在Thread类中的，而是输出Object类。这也意味着任何对象都可以调用这2个方法。

我们先看一个简单的例子：

 1 public class ListAdd1 {
 2     private volatile static List list = new ArrayList();
 3     public void add(){
 4         list.add("jianzh5");
 5     }
 6     public int size(){
 7         return list.size();
 8     }
 9 
10     public static void main(String[] args) {
11         final ListAdd1 list1 = new ListAdd1();
12         Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
13             @Override
14             public void run() {
15                 try {
16                     for(int i = 0; i <10; i++){
17                         list1.add();
18                         System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "添加了一个元素..");
19                         Thread.sleep(500);
20                     }
21                 } catch (InterruptedException e) {
22                     e.printStackTrace();
23                 }
24             }
25         }, "t1");
26 
27         Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
28             @Override
29             public void run() {
30                 while(true){
31                     if(list1.size() == 5){
32                         System.out.println("当前线程收到通知：" + Thread.currentThread().getName() + " list size = 5 线程停止..");
33                         throw new RuntimeException();
34                     }
35                 }
36             }
37         }, "t2");
38         t1.start();
39         t2.start();
40     }
41 }

代码很简单，这是在没使用JDK线程协作时的做法。线程t2一直在死循环，当list的size等于5时退出t2，t1则继续运行。

这样其实也可以是说线程之间的协作，但是问题就是t2会一直循环运行，浪费了CPU资源（PS:list必须使用关键字volatile修饰）。

我们再看使用wait和notify时的代码：

 1 public class ListAdd2 {
 2     private volatile static List list = new ArrayList();
 3 
 4     public void add(){
 5         list.add("jianzh5");
 6     }
 7     public int size(){
 8         return list.size();
 9     }
10 
11     public static void main(String[] args) {
12 
13         final ListAdd2 list2 = new ListAdd2();
14         final byte[] lock = new byte[0];
15         Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
16             @Override
17             public void run() {
18                 try {
19                     synchronized (lock) {
20                         System.out.println("t1启动..");
21                         for(int i = 0; i <10; i++){
22                             list2.add();
23                             System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "添加了一个元素..");
24                             Thread.sleep(500);
25                             if(list2.size() == 5){
26                                 System.out.println("已经发出通知..");
27                                 lock.notify();
28                             }
29                         }
30                     }
31                 } catch (InterruptedException e) {
32                     e.printStackTrace();
33                 }
34 
35             }
36         }, "t1");
37 
38         Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
39             @Override
40             public void run() {
41                 synchronized (lock) {
42                     System.out.println("t2启动..");
43                     if(list2.size() != 5){
44                         try {
45                             lock.wait();
46                         } catch (InterruptedException e) {
47                             e.printStackTrace();
48                         }
49                     }
50                     System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "收到通知线程停止..");
51                     throw new RuntimeException();
52                 }
53             }
54         }, "t2");
55         t2.start();
56         t1.start();
57     }
58 }

这里首先创建了一个的byte[]对象lock，然后线程t1，t2使用synchronzied关键字同步lock对象。线程t1一直往list添加元素，当元素大小等于5的时候调用lock.notify()方法通知lock对象。线程t2在size不等于5的时候一直处于等待状态。

这里使用byte[0]数组是因为JVM创建byte[0]所占用的空间比普通的object对象小，而花费的代价也最小。

运行结果如下：

看到这里可能会有疑问，为什么t1通知了t2线程运行而结果却是t1先运行完后t2再运行。

说明如下:

1、wait() 和 notify()必须配合synchrozied关键字使用，无论是wait()还是notify()都需要首先获取目标对象的一个监听器。

2、wait()释放锁，而notify()不释放锁。

线程t2一开始处于wait状态，这时候释放了锁所以t1可以一直执行，而t1在notify的时候并不会释放锁，所以t1还会继续运行。

知识拓展

现在我们来探讨一下有界阻塞队列的实现原理并模拟一下它的实现 :

1、有界队列顾名思义是有容器大小限制的

2、当调用put()方法时，如果此时容器的长度等于限定的最大长度，那么该方法需要阻塞直到队列可以有空间容纳下添加的元素

3、当调用take()方法时，如果此时容器的长度等于最小长度0，那么该方法需要阻塞直到队列中有了元素能够取出

4、put() 和 take()方法是需要协作的，能够及时通知状态进行插入和移除操作

根据以上阻塞队列的几个属性，我们可以使用wait 和notify实现以下它的实现原理：

/*** 自定义大小的阻塞容器*/
public class MyQueue {//1、初始化容器private final LinkedList<Object> list = new LinkedList<>();//2、定义计数器private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);//3、设定容器的上限和下限private final int minSize = 0;private final int maxSize;//4、构造器public MyQueue(int size) {this.maxSize = size;}//5、定义锁对象private final Object lock = new Object();//6、阻塞增加方法public void put(Object obj) {synchronized (lock) {while (count.get() == this.maxSize) {try {lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//加入元素 计数器累加 唤醒取数线程可以取数
            list.add(obj);count.incrementAndGet();lock.notify();System.out.println("新增的元素:" + obj);}}public Object take() {Object result = null;synchronized (lock) {while (count.get() == this.minSize) {try {lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//移除元素 计数器递减 唤醒添加的线程可以添加元素result = list.removeFirst();count.decrementAndGet();lock.notify();}return result;}public int getSize() {return this.count.get();}public static void main(String[] args) {final MyQueue myQueue = new MyQueue(5);myQueue.put("a");myQueue.put("b");myQueue.put("c");myQueue.put("d");myQueue.put("e");System.out.println("当前队列长度:" + myQueue.getSize());Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Override public void run() {myQueue.put("f");myQueue.put("g");}}, "t1");t1.start();Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Override public void run() {Object obj = myQueue.take();System.out.println("移除的元素为:"+obj);Object obj2 = myQueue.take();System.out.println("移除的元素为:"+obj2);}},"t2");try {TimeUnit.SECONDS.sleep(5);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}t2.start();}
}