掌握Java多线程控制：使用wait和notify管理子线程

在Java编程语言中，多线程的运用是构建高性能应用程序的一个关键能力。特别是当我们需要进行一些耗时的操作，或者希望提升应用程序的响应速度时，使用多线程可以实现任务的并发处理。在多线程编程中，控制线程的同步是极其重要的，它能帮助我们协调多个线程之间的执行顺序，避免竞争条件和其他并发问题。这其中，wait和notify是Java提供的两种重要的线程同步机制，用于在线程间协调资源访问和任务执行。 ### 1. Java多线程基础 在Java中，多线程可以通过实现`Runnable`接口或者继承`Thread`类来创建。每个线程都有自己的执行路径（即线程堆栈），并且每个线程都处于下列六种状态中的一种：NEW（新创建）、RUNNABLE（可运行）、BLOCKED（阻塞）、WAITING（等待）、TIMED_WAITING（计时等待）、TERMINATED（终止）。线程状态的转换，特别是等待和通知机制，是控制线程行为的关键。 ### 2. wait和notify机制 在Java中，Object类提供了wait()、notify()和notifyAll()方法来实现线程间的通信。这三种方法都必须在同步环境中调用，通常是在同步块中调用。 #### wait() 当一个线程调用某个对象的wait()方法时，它会释放该对象上的锁并进入等待状态。线程进入等待状态后，必须等待其他线程调用同一对象的notify()或notifyAll()方法。一旦调用了这两个方法之一，等待该对象的线程会从等待集中随机选择一个线程被唤醒，并重新获取对象锁后进入RUNNABLE状态，继续执行。 #### notify()和notifyAll() notify()方法用于通知正在等待某个对象锁的线程，而notifyAll()方法则通知所有等待该对象锁的线程。需要注意的是，这两个方法并不会立即释放对象锁，它们只是做出一个通知动作。直到调用这些方法的线程放弃对象锁之后，被唤醒的线程才有机会获取对象锁并继续执行。 ### 3. 实现控制子线程的示例 假设我们有一个主线程，需要开启一个子线程进行循环处理工作。我们希望主线程能够控制子线程的开始、暂停/继续和结束。这就可以通过wait和notify机制来实现。 首先，我们需要定义一个共享资源类，这个类包含一个循环处理任务的方法，以及用于控制该任务执行的wait和notify方法。 ```java public class ProcessControl { private volatile boolean isRunning = false; // 开始执行任务 public synchronized void start() { isRunning = true; notify(); // 如果在调用start之前有线程在wait，则可以唤醒 System.out.println("Process started..."); } // 停止执行任务 public synchronized void stop() { isRunning = false; notify(); // 如果需要确保线程在停止前处理完毕，可以调用wait()等待 System.out.println("Process stopped..."); } // 循环处理任务 public void process() throws InterruptedException { while (isRunning) { // 执行一些耗时操作 System.out.println("Processing..."); Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作 // 假设执行中需要暂停或需要通知某些情况 synchronized (this) { wait(); // 被调用后会释放锁，并进入等待状态 } } } } ``` 然后，在主线程中，我们可以这样使用这个类： ```java public class Main { public static void main(String[] args) { ProcessControl processControl = new ProcessControl(); // 创建并启动子线程 Thread thread = new Thread(() -> { try { processControl.process(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); // 设置线程中断状态 } }); thread.start(); // 主线程控制子线程 Scanner scanner = new Scanner(System.in); String command; do { System.out.println("Enter command (start, stop, pause, resume):"); command = scanner.nextLine(); switch (command) { case "start": processControl.start(); break; case "stop": processControl.stop(); break; case "pause": // 暂停子线程 processControl.suspend(); break; case "resume": // 继续子线程 processControl.resume(); break; } } while (!command.equals("stop")); } } ``` 在以上代码中，ProcessControl类提供了控制循环执行任务的方法。主线程通过控制该类的实例，可以向子线程发送命令，以控制子线程的暂停、继续和结束。这里需要注意的是，我们使用了synchronized关键字来保证线程安全。同时，为了安全地控制线程状态，我们还可以考虑使用诸如AtomicBoolean这样的原子变量替代volatile变量。 ### 结论 通过wait和notify机制，我们可以灵活地控制子线程的执行状态，实现复杂的多线程控制逻辑。在实际应用中，应当特别注意线程安全问题和资源竞争条件，确保程序的稳定性和可靠性。此外，在设计多线程程序时，应尽量遵循最小化锁范围的原则，以避免造成不必要的性能瓶颈。