java与python多线程wait,notify操作比较

苍天有泪

　　wait 和notify的应用场景
　　在学习wait，notify之前首先需要解释java中wait()和notify()的应用场景。wait和notify提供了对多个线程之间的等待和通知操作。例如抓取站外多张图片通常会通过多个thread同时进行，但主线程需要等到这批数据返回的结果。
　　多线程操作通常都有提交者（submiter）和执行者(executor)，java通过concurrent包提供的Executors提供了很好的支持，如果不通过wait和notify，只能通过轮循来实现，实际上是很低效的：
　　看看之前我们网站的fetch实现方式：

def fetch(self, url):
for i in range(2):
title, images = build_fetch(url).fetch(url)
if images:
break
if images:
images = images[:150]
self._finished = False
self._total = len(images)
current = 0
while current < self._total:
self.pool.queueTask(self.check_image, images[current:current + self._per_check], self.collect_image)
current = current + self._per_check
from time import sleep
# 等待抓取完毕
while not self._finished:
sleep(0.05)
pass
return title, self._urls

　　java
　　首先可以这样理解，每个object实际上自身和一个monitor（锁）关联，object.wait(timeout) :使当前线程放弃object的锁并等待，除非其它线程调用了object.notify()或者object.notifyAll()，或者使等待线程中断，或者等待了timeout时间。
　　object.notify():随机唤醒一个等待在object的线程 ,该线程和其他活动线程一起争夺object的锁。
　　object.notifyAll():唤醒所有等待在object的线程 ,线程和其他活动线程一起争夺object的锁。
　　 
　　根据 java api doc ，使用wait,notify注意事项：
　　1. 调用线程必须已经获得了object的锁，即在synchronized方法或者synchronized(object){}语句块中调用。
　　2. 调用线程被唤醒后实际上并不会立即执行后续操作，它要先和其它活动线程竞争获得当前对象的锁，得到对象锁后才能接着执行wait后代码。
　　下面是一个例子：

public class Tester3 {
public synchronized void take() {
System.out.println("take");
try {
Thread.currentThread().sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public synchronized void put() {
System.out.println("put");
}
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
final Tester3 tester = new Tester3();
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("take begin");
tester.take();
System.out.println("take end");
}
});
t.start();
t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("put begin");
tester.put();
System.out.println("put end");
}
});
t.start();
}
}

　　输出（put必须等到get释放锁之后才能被执行）：
　　take begin
put begin
take
take end
put
put end
　　python
　　python对象没有隐式的和一个锁关联，且python中的 wait，notify是由python语言自身利用锁(Lock)实现，实现类为Condition,但是概念思想上是和java保留一致，如果要模拟 java的话，只需创建python对象时，显式将一个Condition实例赋给创建对象的一个成员属性，那么可以对应java中的doc来看一下 python的实现：
　　 
　　threading.py Condition类：
　　 
　　1。wait，notify必须在获得当前对象锁的前提下：

def wait(self, timeout=None):
if not self._is_owned():
raise RuntimeError("cannot wait on un-aquired lock")
.......

def notify(self, n=1):
if not self._is_owned():
raise RuntimeError("cannot notify on un-aquired lock")
.......
　　可见在wait,notify时都要进行检查，其中self._is_owned()正是判断调用线程是否获得了Condition的内置锁，也即java中对象monitor的概念。
　　2.wait调用后会使当前线程放弃已经获得对象锁：

def wait(self, timeout=None):
.....
saved_state = self._release_save()
　　 
　　其中 self._release_save正是进行了放弃Condition内置锁的操作，也对应着java先放弃对象monitor的概念

　　 
　　3.wait 使当前线程等待的实现
　　java doc说明：将当前线程加入object的waitset，然后等待。
　　python实现为：当前线程在一个新建锁上等待，把该锁加入到condition的等待数组中，线程等待锁的release

def wait(self, timeout=None):
...
#新建一把锁
waiter = _allocate_lock()
#现获得一次，后面再获得就阻测
waiter.acquire()
#记录等待
self.__waiters.append(waiter)
.....
if timeout is None:
#在该锁上等待
waiter.acquire()
if __debug__:
self._note("%s.wait(): got it", self)
　　 
　　4.notify唤醒等待线程实现
　　 
　　同java不同，java notify唤醒的线程不能确定，而python则能确定，一定是第一个调用wait的线程被唤醒，即为先进先出的队列结构。

　　对于python为：release __waiters等待数组的第一个锁，对应的等待线程即可重新开始在wait函数内运行：

def notify(self, n=1):
....
waiters = __waiters[:n]
for waiter in waiters:
#锁释放，意味着等待锁的对应线程可是从wait函数运行
waiter.release()
try:
__waiters.remove(waiter)
except ValueError:
pass
　　 
　　5.唤醒线程和其他活动线程争夺对象锁
　　 
　　唤醒线程并不是立刻从wait（）返回开始它的实际操作，而是要先争夺conditon的内置锁，即java的object monitor：

def wait(self, timeout=None):
#等待在新建锁上
if timeout is None:
waiter.acquire()
#新建锁释放了，但是要先获得condition内置锁才能返回
self._acquire_restore(saved_state)
　　 
　　6.wait的超时处理与notifyAll 略
　　

　　实例：
　　分别用java与python实现了经典的生产者与消费者模型
　　原文：http://yiminghe.iteye.com/blog/673379