并发编程——wait/notify/notifyall与await/single/singleAll原理

摘要

生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的经典问题之一，它描述是有一块缓冲区作为仓库，生产者可以将产品放入仓库，消费者则可以从仓库中取走产品。解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：1.采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步。2.在生产者和消费者之间建立一个管道。第一种方式有较高的效率，并且易于实现，代码的可控制性较好，属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制，被传输数据对象不易于封装等，实用性不强。因此本文只介绍同步机制实现的生产者/消费者问题。

同步问题核心在于：如何保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常用的同步方法是采用信号或加锁机制，保证资源在任意时刻至多被一个线程访问。Java语言在多线程编程上实现了完全对象化，提供了对同步机制的良好支持。在Java中一共有四种方法支持同步，其中前三个是同步方法，一个是管道方法。

• wait()/notify()/notifyall()方法
• await()/signal()/singleall()方法
• BlockingQueue阻塞队列方法

一、wait() / notify()方法

wait() / nofity()方法是基类Object的两个方法，也就意味着所有Java类都会拥有这两个方法，这样，我们就可以为任何对象实现同步机制。

• wait()方法：当缓冲区已满/空时，生产者/消费者线程停止自己的执行，放弃锁，使自己处于等等状态，让其他线程执行。
• notify()方法：当生产者/消费者向缓冲区放入/取出一个产品时，向其他等待的线程发出可执行的通知，同时放弃锁，使自己处于等待状态。

package com.zhuangxiaoyan.juc.wait;public class Producer extends Thread  {// 每次生产的产品数量private int num;// 所在放置的仓库private Storage storage;// 构造函数，设置仓库public Producer(Storage storage) {this.storage = storage;}// 线程run函数@Overridepublic void run() {produce(num);}// 调用仓库Storage的生产函数public void produce(int num) {storage.produce(num);}// get/set方法public int getNum() {return num;}public void setNum(int num) {this.num = num;}public Storage getStorage() {return storage;}public void setStorage(Storage storage) {this.storage = storage;}
}

package com.zhuangxiaoyan.juc.wait;public class Consumer extends Thread {// 每次消费的产品数量private int num;// 所在放置的仓库private Storage storage;// 构造函数，设置仓库public Consumer(Storage storage) {this.storage = storage;}// 线程run函数@Overridepublic void run() {consume(num);}// 调用仓库Storage的生产函数public void consume(int num) {storage.consume(num);}// get/set方法public int getNum() {return num;}public void setNum(int num) {this.num = num;}public Storage getStorage() {return storage;}public void setStorage(Storage storage) {this.storage = storage;}
}

package com.zhuangxiaoyan.juc.wait;import java.util.LinkedList;public class Storage {// 仓库最大存储量private final int MAX_SIZE = 100;// get/set方法public LinkedList