第3章主要介紹了數(shù)據(jù)的同步(Data Synchronization)，這一章則主要介紹線程之間的同步方法(Thread Notification)，同樣包括傳統(tǒng)的wait-and-notify方法和JDK 1.5新推出的Condition Variable。在多線程編程中，數(shù)據(jù)同步和線程同步是兩個(gè)最基本也是最關(guān)鍵的部分。
《Java Threads》一書中通過考察打字程序中當(dāng)按下start和stop按鈕后，每次都創(chuàng)建兩個(gè)新的線程的效率問題來引入線程同步的概念，當(dāng)然不是線程同步的主要用處。不過，教科書歸教科書，實(shí)際運(yùn)用則又是另一回事。所以，通過書本學(xué)習(xí)語法，通過實(shí)踐來獲得運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)。
4.1 Wait and Notify
1. 等待/喚醒類似于Solaris或POSIX中的條件變量(conditon variables)，或者Windows中的事件變量(evant variable)或者信號(hào)量(signal)，用于某個(gè)/多個(gè)線程暫停等待某個(gè)條件的滿足，而該條件將由其它線程來設(shè)置的情況。
2. 在Java中，就像每個(gè)對(duì)象有一個(gè)鎖之外，任何對(duì)象都可以提供等待/喚醒的機(jī)制。就像Java中的synchronized總是表示獲得某個(gè)具體對(duì)象的鎖一樣，wait和notify也總是等待某個(gè)具體的對(duì)象，并由該對(duì)象喚醒；同樣，獲得某個(gè)對(duì)象上的鎖不一定是該對(duì)象需要同步一樣，等待和喚醒的條件也不一定是與之綁定的對(duì)象。
3. Java中wait-and-notify的幾個(gè)方法：
void wait(): 使當(dāng)前線程處于等待狀態(tài)，直到其它線程調(diào)用了nofity()或者notifyAll()方法為止。
void wait(long timeout): 使當(dāng)前線程處于等待狀態(tài)，直到其它線程調(diào)用了nofity()或者notifyAll()方法，或者超過了指定的時(shí)間(單位為ms)為止
void wait(long timeout, int nanos)：與wait(long)一樣，只是在某些JVM中可以精確到奈秒。
void notify(): 喚醒一個(gè)正在等待該對(duì)象的線程。
void notifyAll(): 喚醒所有正在等待該對(duì)象的線程。
注意：
任何等待和喚醒方法都必須在與之對(duì)應(yīng)的對(duì)象的同步方法或同步塊里調(diào)用。即：wait-and-notify必須和與之對(duì)應(yīng)的synchronized關(guān)鍵詞一起使用的。
4. wait()和sleep()的主要區(qū)別：
1) sleep()可以在任何地方調(diào)用，而wait()需要在同步方法或同步塊中調(diào)用；
2) 進(jìn)入wait()函數(shù)時(shí)，JVM會(huì)自動(dòng)釋放鎖，而當(dāng)從wait()返回即被喚醒時(shí)，又會(huì)自動(dòng)獲得鎖；而sleep()沒有這個(gè)功能，因此如果在wait()的地方用sleep()代替，則會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的nofity()方法在等待時(shí)不可能被觸發(fā)，因?yàn)閚otify()必須在相應(yīng)的同步方法或同步塊中，而此時(shí)這個(gè)鎖卻被sleep()所在的方法占用。也就是說，wait-and-notify不可能與sleep()同時(shí)使用。
4.1.1 The Wait-and-Notify Mechanism and Synchronization1. 這一節(jié)詳細(xì)的講解了wait-and-notify機(jī)制和synchronized的關(guān)系，主要是兩點(diǎn)：1)wait-and-notify必須和synchronized同時(shí)使用；2)wait()會(huì)自動(dòng)釋放和獲取鎖；
2. 這一節(jié)中舉了一個(gè)例子用來解釋可能存在當(dāng)條件被不滿足時(shí)也有可能被喚醒的情況：
1) 線程T1調(diào)用一個(gè)同步方法；
2) T1檢測(cè)狀態(tài)變量，發(fā)現(xiàn)其不滿足條件；
3) T1調(diào)用wait()，并釋放鎖；
4) 線程T2調(diào)用另外一個(gè)同步方法，獲得鎖；
5) 線程T3調(diào)用另外一個(gè)同步方法，由于T2獲得了鎖，所以處于等待狀態(tài)；
6) T2修改狀態(tài)變量，使其滿足條件，并調(diào)用notify()方法；
7) T3獲得鎖，然后處理數(shù)據(jù)，并將狀態(tài)變量又設(shè)置為不滿足條件的狀態(tài)；
8) T3處理完畢返回；
9) T1被喚醒，但實(shí)際上此時(shí)條件并不滿足。
這個(gè)例子剛好印證了《Effective Java》中"Item 50: Never invoke wait outside a loop"和《Practical Java》中"實(shí)踐54：針對(duì)wait()和notifyAll()使用旋鎖(spin locks)"。即總是用下面這種方式來調(diào)用wait():
synchronized(obj) {
while(<condition does not hold>)
wait();
... // Perform action appropriate to condition
}
或者象《Practical Java》中一樣：
synchronized(obj) {
while(<condition does not hold>) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {}
}
... // Perform action appropriate to condition
}
3. 調(diào)用wait()的線程T可能在以下幾種情況被喚醒：
1) 其它線程調(diào)用了notify()，而剛好線程T得到了通知；
2) 其它線程調(diào)用了notifyAll()；
3) 其它線程中斷了線程T；
4) 由于JVM的原因，導(dǎo)致了spurious wakeup。
4.1.2 wait(), notify(), and notifyAll()1. 正像多個(gè)線程等待同一對(duì)象上的鎖，當(dāng)鎖釋放時(shí)，無法確定哪個(gè)線程會(huì)得到那個(gè)鎖一樣；當(dāng)有多個(gè)線程在wait()時(shí)，當(dāng)另外一個(gè)線程調(diào)用nofity()的時(shí)候，也不能確定哪個(gè)線程會(huì)被喚醒； 2. 因此在《Practical Java》的"實(shí)踐53：優(yōu)先使用notifyAll()而非notify()"建議的一樣，結(jié)合實(shí)踐54，可以比較好的解決線程喚醒的問題。
4.1.3 Wait-and-Notify Mechanism with Synchronized blocks再次強(qiáng)調(diào)必須在同一個(gè)對(duì)象的synchronized方法或塊內(nèi)調(diào)用該對(duì)象上的wait和notify方法。
4.2 Condition Variables
1. 就像上面反復(fù)強(qiáng)調(diào)的一樣，wait-and-notify機(jī)制是與特定對(duì)象及其上的鎖是綁定在一起的，鎖和喚醒對(duì)象不能分開，這在某些情況下不是很方便；
2. JDK 1.5提供Condition接口來提供與其它系統(tǒng)幾乎一致的condition variables機(jī)制；
3. Condition對(duì)象由Lock對(duì)象的newCondition()方法生成，從而允許一個(gè)鎖產(chǎn)生多個(gè)條件變量，可以根據(jù)實(shí)際情況來等待不同條件；
4. 該書的例子沒有什么特別的實(shí)際意義，但JDK 1.5文檔中提供了一個(gè)例子，能充分說明使用Condition Variables使得程序更加清晰易讀，也更有效率：
class BoundedBuffer {
final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition notFull = lock.newCondition();
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
final Object[] items = new Object[100];
int putptr, takeptr, count;
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
items[putptr] = x;
if (++putptr == items.length) putptr = 0;
++count;
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
Object x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
--count;
notFull.signal();
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
具體的說明請(qǐng)參考JDK 1.5的文檔。
5. 除了用lock和await-and-signal來代替synchronized和wait-and-notify外，其語義和機(jī)制基本一樣。await()在進(jìn)入前也會(huì)自動(dòng)釋放鎖，然后再返回前重新獲得鎖；
6. 使用Condition Variables的原因：
1) 如果使用Lock對(duì)象，則必須使用condition variables；
2) 每個(gè)Lock對(duì)象可以創(chuàng)建多個(gè)condition variable.