Java™ 教程（守护阻塞）

守护阻塞

线程通常必须协调他们的操作，最常见的协调用法是守护阻塞，这样的阻塞首先轮询一个条件，该条件必须为真，然后阻塞才能继续，要正确执行此操作，需要执行许多步骤。

例如，假设guardedJoy是一个方法，在另一个线程设置了共享变量joy之前，该方法不能继续，理论上，这种方法可以简单地循环直到满足条件，但该循环是浪费的，因为它在等待时持续执行。

public void guardedJoy() {
    // Simple loop guard. Wastes
    // processor time. Don't do this!
    while(!joy) {}
    System.out.println("Joy has been achieved!");
}

更有效的守护是调用Object.wait来挂起当前线程，在另一个线程发出可能发生某些特殊事件的通知之前，wait的调用不会返回 — 尽管不一定是这个线程正在等待的事件：

public synchronized void guardedJoy() {
    // This guard only loops once for each special event, which may not
    // be the event we're waiting for.
    while(!joy) {
        try {
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {}
    }
    System.out.println("Joy and efficiency have been achieved!");
}

始终在测试等待条件的循环内调用wait，不要假设中断是针对你正在等待的特定条件，或者条件仍然是true。

像许多暂停执行的方法一样，wait会抛出InterruptedException，在这个例子中，我们可以忽略该异常 — 我们只关心joy的值。

为什么这个版本的guardedJoy是同步的？假设d是我们用来调用wait的对象，当一个线程调用d.wait时，它必须拥有d的固有锁 — 否则抛出一个错误，在同步方法中调用wait是获取固有锁的一种简单方法。

当调用wait时，线程释放锁并暂停执行，在将来的某个时间，另一个线程将获取相同的锁并调用Object.notifyAll，通知等待该锁的所有线程发生了重要的事情：

public synchronized notifyJoy() {
    joy = true;
    notifyAll();
}

在第二个线程释放锁之后的一段时间，第一个线程重新获取锁并通过从调用wait的返回来恢复。

还有第二种通知方法notify，它唤醒单个线程，因为notify不允许你指定被唤醒的线程，所以它仅在大规模并行应用程序中有用 — 也就是说，具有大量线程的程序，都做类似的事，在这样的应用程序中，你不关心哪个线程被唤醒。

让我们使用守护阻塞来创建生产者—消费者应用程序，这种应用程序在两个线程之间共享数据：创建数据的生产者和使用数据的消费者。两个线程使用共享对象进行通信，协调至关重要：消费者线程在生产者线程交付之前不得尝试检索数据，如果消费者未检索到旧数据，则生产者线程不得尝试传递新数据。

在此示例中，数据是一系列文本消息，通过Drop类型的对象共享：

public class Drop {
    // Message sent from producer
    // to consumer.
    private String message;
    // True if consumer should wait
    // for producer to send message,
    // false if producer should wait for
    // consumer to retrieve message.
    private boolean empty = true;

    public synchronized String take() {
        // Wait until message is
        // available.
        while (empty) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {}
        }
        // Toggle status.
        empty = true;
        // Notify producer that
        // status has changed.
        notifyAll();
        return message;
    }

    public synchronized void put(String message) {
        // Wait until message has
        // been retrieved.
        while (!empty) {
            try { 
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {}
        }
        // Toggle status.
        empty = false;
        // Store message.
        this.message = message;
        // Notify consumer that status
        // has changed.
        notifyAll();
    }
}

Producer中定义的生产者线程发送一系列熟悉的消息，字符串“DONE”表示已发送所有消息，为了模拟真实世界应用程序的不可预测性，生产者线程在消息发送之间暂停随机间隔。

import java.util.Random;

public class Producer implements Runnable {
    private Drop drop;

    public Producer(Drop drop) {
        this.drop = drop;
    }

    public void run() {
        String importantInfo[] = {
            "Mares eat oats",
            "Does eat oats",
            "Little lambs eat ivy",
            "A kid will eat ivy too"
        };
        Random random = new Random();

        for (int i = 0;
             i < importantInfo.length;
             i++) {
            drop.put(importantInfo[i]);
            try {
                Thread.sleep(random.nextInt(5000));
            } catch (InterruptedException e) {}
        }
        drop.put("DONE");
    }
}

在Consumer中定义的消费者线程只是检索消息并将其打印出来，直到它检索到“DONE”字符串，该线程也会暂停随机间隔。

import java.util.Random;

public class Consumer implements Runnable {
    private Drop drop;

    public Consumer(Drop drop) {
        this.drop = drop;
    }

    public void run() {
        Random random = new Random();
        for (String message = drop.take();
             ! message.equals("DONE");
             message = drop.take()) {
            System.out.format("MESSAGE RECEIVED: %s%n", message);
            try {
                Thread.sleep(random.nextInt(5000));
            } catch (InterruptedException e) {}
        }
    }
}

最后，这是在ProducerConsumerExample中定义的主线程，它启动生产者和消费者线程。

public class ProducerConsumerExample {
    public static void main(String[] args) {
        Drop drop = new Drop();
        (new Thread(new Producer(drop))).start();
        (new Thread(new Consumer(drop))).start();
    }
}

Drop类是为了演示守护阻塞而编写的，为了避免重新造轮子，在尝试编写自己的数据共享对象之前，检查Java集合框架中的现有数据结构。

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