Java等待机制深度解析：从()到高级并发工具285

在Java并发编程中，等待是至关重要的一个环节。它允许线程暂停执行，等待特定条件满足后再继续运行，避免资源竞争和死锁等问题。 Java提供了多种等待机制，从简单的()到复杂的CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore以及Condition等，选择合适的等待机制取决于具体的应用场景和需求。

本文将深入探讨Java中的各种等待机制，分析其优缺点，并通过代码示例演示它们的用法。我们将从最简单的()开始，逐步深入到更高级的并发工具，帮助你更好地理解和运用Java的等待机制。

1. (): 最简单的等待

()是最简单的等待方法，它会使当前线程暂停执行指定毫秒数。需要注意的是，sleep()方法会阻塞线程，并且不释放锁。这意味着如果你的线程持有锁，在sleep()期间，其他线程将无法获取该锁。这在某些情况下可能会导致性能问题，甚至死锁。
try {
(1000); // 暂停1秒
} catch (InterruptedException e) {
();
}

InterruptedException是一个检查型异常，需要进行处理。如果线程在sleep()期间被中断，则会抛出该异常。

2. () 和 ()/notifyAll(): 基于对象的等待

()、()和()方法提供了更精细的线程间同步机制。它们允许线程在等待特定条件满足时阻塞，并由其他线程通知唤醒。这些方法必须在同步块或同步方法中使用，以避免出现竞态条件。
public class WaitNotifyExample {
private boolean flag = false;
private final Object lock = new Object();
public void producer() {
synchronized (lock) {
while (!flag) {
try {
();
} catch (InterruptedException e) {
();
}
}
// 处理数据
flag = false;
("Producer processed data");
();
}
}
public void consumer() {
synchronized (lock) {
while (flag) {
try {
();
} catch (InterruptedException e) {
();
}
}
// 生产数据
flag = true;
("Consumer produced data");
();
}
}
public static void main(String[] args) {
WaitNotifyExample example = new WaitNotifyExample();
Thread producerThread = new Thread(example::producer);
Thread consumerThread = new Thread(example::consumer);
();
();
}
}

在这个例子中，生产者和消费者线程使用wait()和notifyAll()方法进行同步。生产者线程在flag为false时等待，消费者线程在flag为true时等待。一个线程修改flag后，使用notifyAll()唤醒其他线程。

3. CountDownLatch: 计数器式等待

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成一系列操作。它有一个计数器，初始值为指定值。当其他线程完成操作后，调用countDown()方法递减计数器。当计数器减到0时，等待的线程被唤醒。
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 初始化计数器为3
// 三个线程执行任务
Thread thread1 = new Thread(() -> {
// 执行任务...
();
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
// 执行任务...
();
});
Thread thread3 = new Thread(() -> {
// 执行任务...
();
});
();
();
();
try {
(); // 等待计数器为0
("All threads finished");
} catch (InterruptedException e) {
();
}

4. CyclicBarrier: 周期性屏障

CyclicBarrier允许一组线程在到达某个点之前等待。当所有线程都到达屏障时，它们被同时释放。CyclicBarrier可以被复用，因此称为“循环”屏障。
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> ("All threads reached the barrier"));
// 三个线程执行任务
Thread thread1 = new Thread(() -> {
// 执行任务...
try {
();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
();
}
});
// ... similar code for thread2 and thread3
();
();
();

5. Semaphore: 信号量

Semaphore是一个计数信号量，用于控制对共享资源的访问。它可以限制同时访问资源的线程数量。当信号量的计数器为0时，试图获取许可的线程将被阻塞，直到有其他线程释放许可。

6. Condition: 更灵活的条件等待

Condition对象允许线程在更复杂的条件下等待。它提供更精细的控制，可以根据不同的条件唤醒不同的线程。Condition与Lock接口配合使用。

总而言之，Java提供了丰富的等待机制，选择合适的机制取决于具体的应用场景。理解这些机制的优缺点，才能编写出高效、可靠的并发程序。记住要小心处理异常，特别是InterruptedException，并根据需要选择合适的同步策略，避免死锁和竞态条件。

2025-05-31

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