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剑指JUC原理-6.wait notify(上)

2024-01-08 86
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简介： 剑指JUC原理-6.wait notify

wait nofity

小故事 - 为什么需要 wait


由于条件不满足，小南不能继续进行计算


但小南如果一直占用着锁，其它人就得一直阻塞，效率太低

于是老王单开了一间休息室（调用 wait 方法），让小南到休息室（WaitSet）等着去了，但这时锁释放开，其它人可以由老王随机安排进屋


直到小M将烟送来，大叫一声 [ 你的烟到了 ] （调用 notify 方法）

小南于是可以离开休息室，重新进入竞争锁的队列


原理之 wait / notify


  • Owner 线程发现条件不满足，调用 wait 方法，即可进入 WaitSet 变为 WAITING 状态
  • BLOCKED 和 WAITING 的线程都处于阻塞状态，不占用 CPU 时间片
  • BLOCKED 线程会在 Owner 线程释放锁时唤醒
  • WAITING 线程会在 Owner 线程调用 notify 或 notifyAll 时唤醒，但唤醒后并不意味者立刻获得锁，仍需进入EntryList 重新竞争


API 介绍


obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待


obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中随机挑一个唤醒


obj.notifyAll() 让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒


它们都是线程之间进行协作的手段，都属于 Object 对象的方法。必须获得此对象的锁，才能调用这几个方法

final static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) {
 new Thread(() -> {
 synchronized (obj) {
 log.debug("执行....");
 try {
 obj.wait(); // 让线程在obj上一直等待下去
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 log.debug("其它代码....");
 }
 }).start();
 new Thread(() -> {
 synchronized (obj) {
 log.debug("执行....");
 try {
 obj.wait(); // 让线程在obj上一直等待下去
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 log.debug("其它代码....");
 }
 }).start();
 // 主线程两秒后执行
 sleep(2);
 log.debug("唤醒 obj 上其它线程");
 synchronized (obj) {
 obj.notify(); // 唤醒obj上一个线程
 // obj.notifyAll(); // 唤醒obj上所有等待线程
 }
}

notify 的一种结果

20:00:53.096 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 执行.... 
20:00:53.099 [Thread-1] c.TestWaitNotify - 执行.... 
20:00:55.096 [main] c.TestWaitNotify - 唤醒 obj 上其它线程
20:00:55.096 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 其它代码....

notifyAll 的结果

19:58:15.457 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 执行.... 
19:58:15.460 [Thread-1] c.TestWaitNotify - 执行.... 
19:58:17.456 [main] c.TestWaitNotify - 唤醒 obj 上其它线程
19:58:17.456 [Thread-1] c.TestWaitNotify - 其它代码.... 
19:58:17.456 [Thread-0] c.TestWaitNotify - 其它代码....

wait() 方法会释放对象的锁，进入 WaitSet 等待区，从而让其他线程就机会获取对象的锁。无限制等待，直到notify 为止


wait(long n) 有时限的等待, 到 n 毫秒后结束等待（如果等待期间，被其他线程唤醒了，就不会继续等待了），或是被 notify


进入wait源码查看：


无参方法相当于调用了一个wait(0)


wait notify 的正确姿势

开始之前先看看


sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别


  • sleep 是 Thread 方法，而 wait 是 Object 的方法
  • sleep 不需要强制和 synchronized 配合使用，但 wait 需要和 synchronized 一起用
  • sleep 在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但 wait 在等待的时候会释放对象锁
  • 它们状态都是 TIMED_WAITING


以一个例子来展示：

static final Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("子线程1获得锁");
                try {
//                    Thread.sleep(20000);
                    // 如果使用sleep 那么主线程不能释放锁
                    lock.wait(20000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t1").start();
        Thread.sleep(1000);
        synchronized (lock) {
            System.out.println("子线程2获得锁");
        }
    }

输出：

如果使用Thread.sleep(20000);
输出 子线程1获得锁 20s后输出 子线程2获得锁
如果使用lock.wait(20000);
输出 子线程1获得锁 1s后输出 子线程2获得锁


step 1


static final Object room = new Object();
static boolean hasCigarette = false;
static boolean hasTakeout = false;

思考下面的解决方案好不好，为什么？

new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
 if (!hasCigarette) {
 log.debug("没烟，先歇会！");
 sleep(2);
 }
 log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
 if (hasCigarette) {
 log.debug("可以开始干活了");
 }
 }
}, "小南").start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
 new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 log.debug("可以开始干活了");
 }
 }, "其它人").start();
}
sleep(1);
new Thread(() -> {
 // 这里能不能加 synchronized (room)？
 hasCigarette = true;
 log.debug("烟到了噢！");
}, "送烟的").start()

输出

20:49:49.883 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false] 
20:49:49.887 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:49:50.882 [送烟的] c.TestCorrectPosture - 烟到了噢！
20:49:51.887 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[true] 
20:49:51.887 [小南] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.887 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.887 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.888 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.888 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:49:51.888 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了

其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低


小南线程必须睡足 2s 后才能醒来，就算烟提前送到，也无法立刻醒来


加了 synchronized (room) 后，就好比小南在里面反锁了门睡觉，烟根本没法送进门，main 没加

synchronized 就好像 main 线程是翻窗户进来的


解决方法，使用 wait - notify 机制


step 2


思考下面的实现行吗，为什么？

new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
 if (!hasCigarette) {
 log.debug("没烟，先歇会！");
 try {
 room.wait(2000);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
 if (hasCigarette) {
 log.debug("可以开始干活了");
 }
 }
}, "小南").start();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
 new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 log.debug("可以开始干活了");
 }
 }, "其它人").start();
}
sleep(1);
new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 hasCigarette = true;
 log.debug("烟到了噢！");
 room.notify();
 }
}, "送烟的").start();

输出：

20:51:42.489 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false] 
20:51:42.493 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:51:42.493 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.493 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.494 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.494 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:42.494 [其它人] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:51:43.490 [送烟的] c.TestCorrectPosture - 烟到了噢！
20:51:43.490 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[true] 
20:51:43.490 [小南] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
  • 解决了其它干活的线程阻塞的问题
  • 但如果有其它线程也在等待条件呢？


step 3


new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
 if (!hasCigarette) {
 log.debug("没烟，先歇会！");
 try {
 room.wait();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
 if (hasCigarette) {
 log.debug("可以开始干活了");
 } else {
 log.debug("没干成活...");
 }
 }
}, "小南").start();
new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 Thread thread = Thread.currentThread();
 log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
 if (!hasTakeout) {
 log.debug("没外卖，先歇会！");
 try {
 room.wait();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 log.debug("外卖送到没？[{}]", hasTakeout);
 if (hasTakeout) {
 log.debug("可以开始干活了");
 } else {
 log.debug("没干成活...");
 }
 }
}, "小女").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 hasTakeout = true;
 log.debug("外卖到了噢！");
 room.notify();
 }
}, "送外卖的").start();

输出

20:53:12.173 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false] 
20:53:12.176 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:53:12.176 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false] 
20:53:12.176 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:53:13.174 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:53:13.174 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false] 
20:53:13.174 [小南] c.TestCorrectPosture - 没干成活...
  • notify 只能随机唤醒一个 WaitSet 中的线程，这时如果有其它线程也在等待，那么就可能唤醒不了正确的线程，称之为**【虚假唤醒】**
  • 解决方法，改为 notifyAll


step 4


new Thread(() -> {
 synchronized (room) {
 hasTakeout = true;
 log.debug("外卖到了噢！");
 room.notifyAll();
 }
}, "送外卖的").start();

输出

20:55:23.978 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false] 
20:55:23.982 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:55:23.982 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false] 
20:55:23.982 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:55:24.979 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:55:24.979 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[true] 
20:55:24.980 [小女] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:55:24.980 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false] 
20:55:24.980 [小南] c.TestCorrectPosture - 没干成活...
  • 用 notifyAll 仅解决某个线程的唤醒问题，但使用 if + wait 判断仅有一次机会，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了
  • 解决方法，用 while + wait，当条件不成立，再次 wait


step 5


将 if 改为 while

if (!hasCigarette) {
 log.debug("没烟，先歇会！");
 try {
 room.wait();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
}

改动后

while (!hasCigarette) {
 log.debug("没烟，先歇会！");
 try {
 room.wait();
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
}

输出

20:58:34.322 [小南] c.TestCorrectPosture - 有烟没？[false] 
20:58:34.326 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！
20:58:34.326 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[false] 
20:58:34.326 [小女] c.TestCorrectPosture - 没外卖，先歇会！
20:58:35.323 [送外卖的] c.TestCorrectPosture - 外卖到了噢！
20:58:35.324 [小女] c.TestCorrectPosture - 外卖送到没？[true] 
20:58:35.324 [小女] c.TestCorrectPosture - 可以开始干活了
20:58:35.324 [小南] c.TestCorrectPosture - 没烟，先歇会！

模板：

synchronized(lock) {
 while(条件不成立) {
 lock.wait();
 }
 // 干活
}
//另一个线程
synchronized(lock) {
 lock.notifyAll();
}


剑指JUC原理-6.wait notify(下):https://developer.aliyun.com/article/1413612

文章标签：
API
倪虹升
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