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從零開始學(xué)Java 有關(guān)線程的學(xué)習(xí)總結(jié)

開發(fā) 后端
《Java編程思想》整理的一些學(xué)習(xí)筆記,有不對(duì)的地方,歡迎指出。

《Java編程思想》整理的一些學(xué)習(xí)筆記,有不對(duì)的地方,歡迎指出。 

1 .資源沖突,如果兩個(gè)線程確實(shí)是在修改同一個(gè)對(duì)象,共享資源的沖突將變得更糟糕,因?yàn)檫@有可能把對(duì)象設(shè)置成不正確的狀態(tài)。通過簡(jiǎn)單的“信號(hào)量”概念引入, 把它看作是在兩個(gè)線程之間進(jìn)行通信的標(biāo)志對(duì)象。如果信號(hào)量的值是零,則它監(jiān)控的資源是可用的,但如果這個(gè)值是非零的,則被監(jiān)控的資源不可用,所以線程必須 等待。當(dāng)資源可用的時(shí)候,線程增加信號(hào)量的值,然后繼續(xù)執(zhí)行這個(gè)被監(jiān)控的資源。把增加和減少信號(hào)量的操作定義為原子操作,這樣就可保證兩個(gè)線程同時(shí)訪問同 一資源的時(shí)候不至于沖突。 
定義一個(gè)簡(jiǎn)化的信號(hào)量:

  1. <code 
  2. class="hljs java has-numbering" style="display: block; padding: 0px; 
  3. color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro'
  4. monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-top-left-radius: 
  5. 0px; border-top-right-radius: 0px; border-bottom-right-radius: 0px; 
  6. border-bottom-left-radius: 0px; word-wrap: normal; background: 
  7. transparent;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  8. 136); box-sizing: border-box;">public</span> <span 
  9. class="hljs-class" style="box-sizing: border-box;"><span 
  10. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  11. border-box;">class</span> <span class="hljs-title" 
  12. style="box-sizing: border-box; color: rgb(1020
  13. 102);">Semaphore</span> <span class="hljs-keyword" 
  14. style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  15. border-box;">implements</span> <span class="hljs-title" 
  16. style="box-sizing: border-box; color: rgb(1020
  17. 102);">Invariant</span>{</span> 
  18.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  19. box-sizing: border-box;">private</span> <span 
  20. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  21. border-box;">volatile</span> <span class="hljs-keyword" 
  22. style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  23. border-box;">int</span> semaphore = <span 
  24. class="hljs-number" style="color: rgb(0102102); box-sizing: 
  25. border-box;">0</span>; 
  26.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  27. box-sizing: border-box;">public</span> <span 
  28. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  29. border-box;">boolean</span> <span class="hljs-title" 
  30. style="box-sizing: border-box;">available</span>(){<span 
  31. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  32. border-box;">return</span> semaphore==<span 
  33. class="hljs-number" style="color: rgb(0102102); box-sizing: 
  34. border-box;">0</span>;} 
  35.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  36. box-sizing: border-box;">public</span> <span 
  37. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  38. border-box;">void</span> <span class="hljs-title" 
  39. style="box-sizing: border-box;">acquire</span>(){ ++semaphore; } 
  40.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  41. box-sizing: border-box;">public</span> <span 
  42. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  43. border-box;">void</span> <span class="hljs-title" 
  44. style="box-sizing: border-box;">release</span>(){ --semaphore; } 
  45.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  46. box-sizing: border-box;">public</span> InvariantSate <span 
  47. class="hljs-title" style="box-sizing: 
  48. border-box;">invariant</span>(){ 
  49.         <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  50. box-sizing: border-box;">int</span> val = semaphore; 
  51.         <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  52. box-sizing: border-box;">if</span>( val==<span 
  53. class="hljs-number" style="color: rgb(0102102); box-sizing: 
  54. border-box;">0</span>||val==<span class="hljs-number" 
  55. style="color: rgb(0102102); box-sizing: 
  56. border-box;">1</span> ) 
  57.             <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  58. box-sizing: border-box;">return</span> <span 
  59. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  60. border-box;">new</span> InvariantOk(); 
  61.         <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  62. box-sizing: border-box;">else</span> 
  63.             <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  64. box-sizing: border-box;">return</span> <span 
  65. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  66. border-box;">new</span> InvariantFailure(<span 
  67. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  68. border-box;">new</span> Integer(val)); 
  69.     } 
  70. }</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: 
  71. border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; 
  72. margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; 
  73. border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221221221); 
  74. list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238238
  75. 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  76. 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  77. 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  78. 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  79. 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  80. 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  81. 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  82. 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  83. 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  84. 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  85. 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  86. 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
  87. 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
  88. 0px 5px;">13</li></ul> 

(其中Invariant接口在博客:線程測(cè)試框架已給出)將semaphore字段設(shè)置為volatile ,以確保編譯器不會(huì)對(duì)任何讀取此值的操作進(jìn)行優(yōu)化。

2.解決共享資源競(jìng)爭(zhēng),之前說過,可以通過yield()和setPriority()來給線程調(diào)度機(jī)制提供建議,但這些建議未必會(huì)有多大的效果,這取決 與你的具體平臺(tái)和JVM實(shí)現(xiàn)。Java以提供關(guān)鍵字 synchronized 的形式,為防止資源沖突提供了內(nèi)置支持。共享資源一般是以對(duì)象的形式存在的內(nèi)存判斷,但也可以是文件,輸入/輸出端口,或者是打印機(jī)。要控制對(duì)共享資源的 訪問,得先把它包裝進(jìn)一個(gè)對(duì)象。然后把所有要訪問這個(gè)資源的方法標(biāo)記為synchronized。即一旦某個(gè)線程處于一個(gè)標(biāo)記為synchronized 的方法中,那么在這個(gè)線程從該方法返回之前,其他所有要調(diào)用類中任何標(biāo)記為synchronized方法的線程都會(huì)被阻塞。 
每個(gè)對(duì)象都含有單一的鎖(也稱為監(jiān)視器),這個(gè)鎖本身就是對(duì)象的一部分(不用寫任何特殊代碼)。當(dāng)在對(duì)象上調(diào)用其任意synchronized方法的時(shí) 候,此對(duì)象都被加鎖,這時(shí)該對(duì)象上的其他synchronized方法也只能等到前一個(gè)方法調(diào)用完并釋放了鎖之后才能被調(diào)用。 
針對(duì)每一個(gè)類也有一個(gè)鎖(作為類的Class對(duì)象的一部分),所以synchronized static 方法可以在類的范圍內(nèi)防止對(duì)static數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問。

3.原子操作,即不能被線程調(diào)度機(jī)制中斷的操作;一旦操作開始,那么它一定可以在可能發(fā)生的“上下文切換”之前(切換到其他線程執(zhí)行)執(zhí)行完畢。如果問題 中的變量類型是除long或double以外的基本類型,對(duì)這種變量進(jìn)行簡(jiǎn)單的賦值或返回值操作的時(shí)候,才算是原子操作。然而,只要給long或 double加上volatile,操作就是原子的了。注意,在JVM中的自增加操作并不是原子操作,它牽涉到一次讀和一次寫,所以即使在這樣的簡(jiǎn)單操作 中,也為線程出問題提供了空間。線程工作時(shí),每個(gè)線程都可能擁有一個(gè)本地棧來維護(hù)一些變量的復(fù)本,如果把一個(gè)變量定義成volatile的,就等于告訴編 譯器不要做任何優(yōu)化,直接在主存操作變量。

4.保證上述問題解決,做安全的做法就是使用下面的方法: 
1)如果要對(duì)類中的某個(gè)方法進(jìn)行同步控制,***同步所有方法。如果忽略了其中一個(gè),通常很難確定這么做是否會(huì)有負(fù)面影響。 
2)當(dāng)去除方法的同步控制時(shí),要非常小心。通常這么做是基于性能方面的考慮,但在JDK1.3和JDK1.4中,同步控制所需的負(fù)擔(dān)已經(jīng)大大的減少。此外,只應(yīng)在使用性能評(píng)價(jià)工具證實(shí)了同步控制確實(shí)是性能瓶頸的時(shí)候,才這么做。

5.如果只是希望防止多個(gè)線程同時(shí)訪問方法內(nèi)部的部分代碼而不是防止整個(gè)方法,可以使用synchronized關(guān)鍵字來分離代碼段,這種方式被稱為“臨界區(qū)”,此時(shí),synchronized被用來指定某個(gè)對(duì)象,此對(duì)象的鎖被用來對(duì)花括號(hào)內(nèi)的代碼進(jìn)行同步控制:

  1. <code 
  2. class="hljs java has-numbering" style="display: block; padding: 0px; 
  3. color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro'
  4. monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-top-left-radius: 
  5. 0px; border-top-right-radius: 0px; border-bottom-right-radius: 0px; 
  6. border-bottom-left-radius: 0px; word-wrap: normal; background: 
  7. transparent;">        <span class="hljs-keyword" style="color: 
  8. rgb(00136); box-sizing: 
  9. border-box;">synchronized</span>(syncObject){ 
  10.             <span class="hljs-comment" style="color: rgb(13600); 
  11. box-sizing: border-box;">// This code can be accessed</span> 
  12.             <span class="hljs-comment" style="color: rgb(13600); 
  13. box-sizing: border-box;">//by only one thread at a time</span> 
  14.         }</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: 
  15. border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; 
  16. margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; 
  17. border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221221221); 
  18. list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238238
  19. 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  20. 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  21. 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  22. 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  23. 5px;">4</li></ul> 

使用同步控制塊,而不是對(duì)整個(gè)方法進(jìn)行同步控制,可以使多個(gè)線程訪問對(duì)象的時(shí)間性能得到顯著的提高。要注意的是,當(dāng)對(duì)象中的方法在不同的鎖上同步的時(shí)候,兩個(gè)線程可以訪問同一個(gè)對(duì)象:

 

  1. <code 
  2. class="hljs cs has-numbering" style="display: block; padding: 0px; 
  3. color: inherit; box-sizing: border-box; font-family: 'Source Code Pro'
  4. monospace;font-size:undefined; white-space: pre; border-top-left-radius: 
  5. 0px; border-top-right-radius: 0px; border-bottom-right-radius: 0px; 
  6. border-bottom-left-radius: 0px; word-wrap: normal; background: 
  7. transparent;">class DualSynch { 
  8.  
  9.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  10. box-sizing: border-box;">private</span> Object syncObject = 
  11. <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  12. border-box;">new</span> Object(); 
  13.  
  14.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  15. box-sizing: border-box;">public</span> synchronized <span 
  16. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  17. border-box;">void</span> <span class="hljs-title" 
  18. style="box-sizing: border-box;">f</span>() { 
  19.         System.<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  20. 136); box-sizing: border-box;">out</span>.println(<span 
  21. class="hljs-string" style="color: rgb(01360); box-sizing: 
  22. border-box;">"Inside f()"</span>); 
  23.         <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  24. box-sizing: border-box;">try</span> { 
  25.             Thread.sleep(<span class="hljs-number" style="color: 
  26. rgb(0102102); box-sizing: border-box;">500</span>); 
  27.         } <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  28. box-sizing: border-box;">catch</span> (InterruptedException e) { 
  29.             <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  30. box-sizing: border-box;">throw</span> <span 
  31. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  32. border-box;">new</span> RuntimeException(e); 
  33.         } 
  34.         System.<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  35. 136); box-sizing: border-box;">out</span>.println(<span 
  36. class="hljs-string" style="color: rgb(01360); box-sizing: 
  37. border-box;">"leaving f()"</span>); 
  38.     } 
  39.  
  40.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  41. box-sizing: border-box;">public</span> <span 
  42. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  43. border-box;">void</span> <span class="hljs-title" 
  44. style="box-sizing: border-box;">g</span>() { 
  45.  
  46.         synchronized (syncObject) { 
  47.             System.<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  48. 136); box-sizing: border-box;">out</span>.println(<span 
  49. class="hljs-string" style="color: rgb(01360); box-sizing: 
  50. border-box;">"Inside g()"</span>); 
  51.             <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  52. box-sizing: border-box;">try</span> { 
  53.                 Thread.sleep(<span class="hljs-number" style="color: 
  54. rgb(0102102); box-sizing: border-box;">500</span>); 
  55.             } <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  56. 136); box-sizing: border-box;">catch</span> 
  57. (InterruptedException e) { 
  58.                 <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  59. 136); box-sizing: border-box;">throw</span> <span 
  60. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  61. border-box;">new</span> RuntimeException(e); 
  62.             } 
  63.             System.<span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  64. 136); box-sizing: border-box;">out</span>.println(<span 
  65. class="hljs-string" style="color: rgb(01360); box-sizing: 
  66. border-box;">"leaving g()"</span>); 
  67.         } 
  68.     } 
  69.  
  70. <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  71. border-box;">public</span> <span class="hljs-keyword" 
  72. style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  73. border-box;">class</span> SyncObject{ 
  74.  
  75.     <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  76. box-sizing: border-box;">public</span> <span 
  77. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  78. border-box;">static</span> <span class="hljs-keyword" 
  79. style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  80. border-box;">void</span> <span class="hljs-title" 
  81. style="box-sizing: border-box;">main</span>(String[] args){ 
  82.         final DualSynch ds = <span class="hljs-keyword" style="color: 
  83. rgb(00136); box-sizing: border-box;">new</span> 
  84. DualSynch(); 
  85.  
  86.         <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  87. box-sizing: border-box;">new</span> Thread(){ 
  88.             <span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); 
  89. box-sizing: border-box;">public</span> <span 
  90. class="hljs-keyword" style="color: rgb(00136); box-sizing: 
  91. border-box;">void</span> <span class="hljs-title" 
  92. style="box-sizing: border-box;">run</span>(){ 
  93.                 ds.f(); 
  94.             } 
  95.         }.start();; 
  96.  
  97.         ds.g(); 
  98.     } 
  99. }</code><ul class="pre-numbering" style="box-sizing: 
  100. border-box; position: absolute; width: 50px; top: 0px; left: 0px; 
  101. margin: 0px; padding: 6px 0px 40px; border-right-width: 1px; 
  102. border-right-style: solid; border-right-color: rgb(221221221); 
  103. list-style: none; text-align: right; background-color: rgb(238238
  104. 238);"><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  105. 5px;">1</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  106. 5px;">2</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  107. 5px;">3</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  108. 5px;">4</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  109. 5px;">5</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  110. 5px;">6</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  111. 5px;">7</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  112. 5px;">8</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  113. 5px;">9</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  114. 5px;">10</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  115. 5px;">11</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
  116. 0px 5px;">12</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
  117. 0px 5px;">13</li><li style="box-sizing: border-box; 
  118. padding: 0px 5px;">14</li><li style="box-sizing: border-box; 
  119. padding: 0px 5px;">15</li><li style="box-sizing: 
  120. border-box; padding: 0px 5px;">16</li><li style="box-sizing: 
  121. border-box; padding: 0px 5px;">17</li><li 
  122. style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">18</li><li 
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  124. 5px;">19</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  125. 5px;">20</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
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  127. 0px 5px;">22</li><li style="box-sizing: border-box; 
  128. padding: 0px 5px;">23</li><li style="box-sizing: border-box; 
  129. padding: 0px 5px;">24</li><li style="box-sizing: 
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  131. border-box; padding: 0px 5px;">26</li><li 
  132. style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">27</li><li 
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  135. 5px;">29</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
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  137. 0px 5px;">31</li><li style="box-sizing: border-box; 
  138. padding: 0px 5px;">32</li><li style="box-sizing: border-box; 
  139. padding: 0px 5px;">33</li><li style="box-sizing: 
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  141. border-box; padding: 0px 5px;">35</li><li 
  142. style="box-sizing: border-box; padding: 0px 5px;">36</li><li 
  143. style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  144. 5px;">37</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 0px 
  145. 5px;">38</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
  146. 0px 5px;">39</li><li style="box-sizing: border-box; padding: 
  147. 0px 5px;">40</li><li style="box-sizing: border-box; 
  148. padding: 0px 5px;">41</li><li style="box-sizing: border-box; 
  149. padding: 0px 5px;">42</li></ul> 

DualSync對(duì)象的f()方法在this上同步(通過在整個(gè)方法同步),g()的同步控制塊在syncObject對(duì)象上同步,因此,兩個(gè)同步控制相 互獨(dú)立,兩個(gè)方法同時(shí)魚腥,所以它們沒有在對(duì)象的同步控制上阻塞。因此,必須把訪問共享資源的代碼段包裝進(jìn)一個(gè)合適的同步控制塊。

6.線程有四個(gè)狀態(tài):新建、就緒、死亡、阻塞(程序能夠運(yùn)行,但有某個(gè)條件阻止它運(yùn)行)。進(jìn)入阻塞狀態(tài)的原因: 
1)通過調(diào)用sleep(miliseconds)使線程進(jìn)入休眠狀態(tài),在指定的時(shí)間內(nèi)不運(yùn)行。 
2)調(diào)用wait()使線程掛起,直到線程得道了notify()或notifyAll()消息,線程才會(huì)進(jìn)入就緒狀態(tài)。 
3)線程在等待某個(gè)輸入/輸出完成。 
4)線程在某個(gè)對(duì)象上調(diào)用其同步方法,但是對(duì)象鎖不可用。

7.線程之間為避免沖突,通過“握手機(jī)制”來進(jìn)行的,這種握手可以通過Object的方法wait()和notify()來安全的實(shí)現(xiàn)。注意,調(diào)用 sleep()的時(shí)候鎖并沒有被釋放,而調(diào)用wait()方法的確釋放了鎖,這就意味著,再調(diào)用wait()期間,可以調(diào)用線程對(duì)象中的其他同步控制方 法,當(dāng)一個(gè)線程在方法里遇到了對(duì)wait()的調(diào)用的時(shí)候,線程的執(zhí)行被掛起,對(duì)象上的鎖被釋放。 
wait()有兩種形式,一種與sleep()一樣接受毫秒數(shù),不同之處: 
1)在wait()期間對(duì)象鎖是釋放的。 
2)可以通過notify()、notifyAll(),或者指令時(shí)間到期,從wait()中回復(fù)執(zhí)行。 
另一種是不帶參數(shù)的,wait()將***等下去,知道接收到notify()或notifyAll()的消息。

8.wait()、notify()、notifyAll()這些方法是基類Object的一部分,而不是像sleep()那樣屬于Thread的一部 分。因?yàn)檫@些功能要用到的鎖也是所有對(duì)象的一部分,所以,你可以把wait()方法放在任何同步控制方法里,不用考慮這個(gè)類是否繼承Thread或者實(shí)現(xiàn) Runnable接口。只能在同步控制方法或同步控制塊中調(diào)用wait()、notify()、notifyAll()的線程在調(diào)用這些方法前必須“擁 有”(獲取)對(duì)象的鎖。(sleep不用操作鎖,所以可以在非同步控制方法里調(diào)用)。

  1. <code 
  2. class="hljs java has-numbering" style="display: block; padding: 0px; 
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  7. transparent;"><span class="hljs-keyword" style="color: rgb(00
  8. 136); box-sizing: border-box;">synchronized</span>(x){ 
  9.     x.notify(); 
  10. }</code> 
 
責(zé)任編輯:王雪燕 來源: 小賴_guan的博客
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