java与python多线程wait操作比较

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　　由于主要用java做web开发，除了以前的在线聊天试验
，对于Object下的wait与notify确实很少使用，并且java中wait与notify都是native的方法，也只能看看api doc，注意下使用事项，总觉得不很踏实，一般来说对于多线程同步问题，最基本的思想就是加锁，其他一切同步机制实际上都是由锁来构造的，那么wait与notify也应该能用锁来实现，近来学习python知道，python中最基本的同步机制就是锁 （Lock），用C实现，而wait与notify则是在锁的基础上用python自身实现，定义在lib/threading.py的Condition类中，看完之后终于对wait机制有了更深刻的理解。

　　java


　　简单介绍一下java中的wait以及notify：

　　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。

　　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，把改锁加入到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:
#在改锁上等待
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
　　java:



class Q {
int n;
boolean valueSet = false;
/*
如果不同步获得monitor，则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException
*/
/*
同步方式1：By executing a synchronized instance method of that object.
*/
synchronized int get() {
if (!valueSet)
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("InterruptedException caught");
}
System.out.println("Got: " + n);
valueSet = false;
notify();
return n;
}
/*
如果不同步获得monitor，则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException
*/
void put(int n) {
/*
同步方式2：By executing the body of a synchronized statement
*     that synchronizes on the object.
*/
synchronized (this) {
if (valueSet)
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("InterruptedException caught");
}
this.n = n;
valueSet = true;
System.out.println("Put: " + n);
notify();
}
}
}
class Producer implements Runnable {
Q q;
Producer(Q q) {
this.q = q;
new Thread(this, "Producer").start();
}
public void run() {
int i = 0;
while (i < 7) {
q.put(i++);
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
Q q;
Consumer(Q q) {
this.q = q;
new Thread(this, "Consumer").start();
}
public void run() {
int i = 0;
while (i < 7) {
q.get();
i++;
}
}
}
class WaitTest {
public static void main(String args[]) {
Q q = new Q();
new Producer(q);
new Consumer(q);
}
}
 　　python:


# -*- coding: utf-8 -*-  
import threading
class Q(object):
def __init__(self):
self.n=0
self.valueSet=False
#相对于java,这里的要自己声明
self.cv=threading.Condition()
def get(self):
cv=self.cv
#先得到锁
cv.acquire()
if not self.valueSet:
cv.wait()
print "Got:",self.n
self.valueSet=False
cv.notify()
#放弃锁
cv.release()
return self.n
def put(self,n):
cv=self.cv
#先得到锁
cv.acquire()
if self.valueSet:
cv.wait()
self.n=n;
self.valueSet=True
print "Put:",n
#放弃锁
cv.notify()
cv.release()
class Producer(threading.Thread):
def __init__(self,q):
threading.Thread.__init__(self)
self.q=q
self.start()
def run(self):
i=0
while i<7:
i+=1
self.q.put(i)   
class Consumer(threading.Thread):
def __init__(self,q):
threading.Thread.__init__(self)
self.q=q
self.start()
def run(self):
i=0
while i<7:
i+=1
self.q.get()
if __name__=="__main__":
q=Q()
Producer(q)
Consumer(q)