java并发编程中Monitor里的waitSet和EntryList都是做什么的

背景

在并发编程学习中，学习的时候认识到monitor中有owner、waitSet、entryList，了解到了entrylist是锁竞争失败后的等待队列，但是waitset还没有开始学习，不太清楚，于是搜索了下 waitset是什么，有什么用，和entrylist的区别，以下是整理的结果

Monitor里的waitSet和EntryList都是做什么的，两者之间的区别

在Java的并发编程中，Monitor（监视器）是实现同步和线程间通信的核心机制之一。Monitor 内部有两个重要的队列：等待集（Wait Set） 和 入口列表（Entry List）。这两个队列分别用于不同的目的，理解它们的区别对于正确使用 synchronized 关键字以及 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法非常重要。

1. 等待集（Wait Set）

定义：

• 等待集（Wait Set） 是一个包含所有调用 wait() 方法后被挂起的线程的集合。当线程调用 wait() 时，它会释放当前持有的锁，并进入 Wait Set，暂时挂起自己，直到另一个线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法来唤醒它。

工作原理：

1. 线程进入 Wait Set：

• 当线程调用 wait() 时，它会释放当前持有的锁，并进入 Wait Set，暂时挂起自己。此时，线程不会参与对锁的竞争，也不会消耗CPU资源。

2. 线程被唤醒：

• 当另一个线程调用 notify() 或 notifyAll() 时，Monitor 会选择一个或多个等待的线程从 Wait Set 中移除，并将它们标记为可运行状态。被唤醒的线程会重新竞争锁，只有成功获取锁的线程才能继续执行。

3. 线程重新获取锁：

• 被唤醒的线程在重新获取锁之前不会继续执行。这是因为 wait() 方法在返回时会自动重新获取锁，以确保线程在进入临界区时仍然持有锁。

使用场景：

• 条件等待：线程可以通过 wait() 方法进入 Wait Set，并在满足某个条件之前暂停执行。这通常用于生产者-消费者模式、读写锁等场景，其中线程需要等待某些资源或条件发生变化。
• 线程协作：通过 notify() 和 notifyAll()，线程可以通知其他等待的线程继续执行。这使得多个线程可以协调工作，确保它们在适当的时间点进行交互。

示例：

java

代码解读

复制代码

synchronized (lock) {
    while (!condition) {
        lock.wait();  // 线程进入 Wait Set，等待条件满足
    }
    // 条件满足后继续执行
}

2. 入口列表（Entry List）

定义：

• 入口列表（Entry List） 是一个包含所有试图获取锁但未能成功获取的线程的集合。当多个线程尝试进入同一个 synchronized 块或方法时，只有一个线程能够成功获取锁并进入临界区，其他线程会被阻塞并放入 Entry List，等待锁的释放。

工作原理：

1. 线程进入 Entry List：

• 当多个线程同时尝试获取同一个对象的锁时，只有一个线程能够成功获取锁并进入临界区，其他线程会被阻塞并放入 Entry List。这些线程会在 Entry List 中排队，等待锁的释放。

2. 线程获取锁：

• 当持有锁的线程退出 synchronized 块或方法时，它会释放锁。此时，Monitor 会从 Entry List 中选择一个线程，允许它获取锁并继续执行。选择的顺序通常是FIFO（先进先出），但JVM的具体实现可能会有所不同。

3. 线程竞争锁：

• 如果有多个线程在 Entry List 中等待，Monitor 会根据某种调度算法（如FIFO或优先级调度）选择一个线程来获取锁。被选中的线程会从 Entry List 中移除，并尝试获取锁。如果获取成功，该线程可以进入临界区；否则，它会继续等待。

使用场景：

• 锁竞争：当多个线程尝试进入同一个 synchronized 块或方法时，Entry List 用于管理这些线程的排队和锁的分配。它确保在同一时间只有一个线程能够持有锁并进入临界区，从而避免数据竞争和不一致的问题。
• 线程调度：Entry List 还负责管理线程的调度，确保线程在适当的时机获取锁并继续执行。

示例：

java

代码解读

复制代码

synchronized (lock) {
    // 只有一个线程能够进入这个临界区，其他线程会被放入 Entry List
    // 等待锁的释放
}

3. Wait Set 和 Entry List 的区别

4. 示例：Wait Set 和 Entry List 的结合使用

以下是一个简单的生产者-消费者问题的示例，展示了 Wait Set 和 Entry List 的结合使用：

java

代码解读

复制代码

public class ProducerConsumerExample {

    private static final Object lock = new Object();
    private static final Queue<Integer> buffer = new LinkedList<>();
    private static final int MAX_SIZE = 10;

    public static void main(String[] args) {
        Thread producer = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                produce(i);
            }
        });

        Thread consumer = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                consume();
            }
        });

        producer.start();
        consumer.start();
    }

    private static void produce(int value) {
        synchronized (lock) {
            // 如果缓冲区已满，生产者进入 Wait Set，等待消费者消费
            while (buffer.size() == MAX_SIZE) {
                try {
                    System.out.println("Buffer is full, producer is waiting...");
                    lock.wait();  // 生产者进入 Wait Set
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
            buffer.add(value);
            System.out.println("Produced: " + value);
            lock.notify();  // 唤醒一个等待的消费者
        }
    }

    private static void consume() {
        synchronized (lock) {
            // 如果缓冲区为空，消费者进入 Wait Set，等待生产者生产
            while (buffer.isEmpty()) {
                try {
                    System.out.println("Buffer is empty, consumer is waiting...");
                    lock.wait();  // 消费者进入 Wait Set
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
            int value = buffer.remove();
            System.out.println("Consumed: " + value);
            lock.notify();  // 唤醒一个等待的生产者
        }
    }
}

在这个示例中：

• Wait Set：生产者和消费者通过 wait() 和 notify() 在 Wait Set 中协作。生产者在缓冲区满时进入 Wait Set，等待消费者消费；消费者在缓冲区空时进入 Wait Set，等待生产者生产。
• Entry List：当多个生产者或消费者尝试进入 synchronized 块时，未能获取锁的线程会被放入 Entry List，等待锁的释放。只有成功获取锁的线程才能进入临界区进行生产和消费操作。

5. 总结

• Wait Set：用于线程的条件等待和协作。线程在调用 wait() 后进入 Wait Set，并在满足条件时通过 notify() 或 notifyAll() 被唤醒。被唤醒的线程需要重新竞争锁。
• Entry List：用于管理锁的竞争。当多个线程尝试获取同一个锁时，未能成功获取锁的线程会被放入 Entry List，等待锁的释放。锁释放后，Monitor 会从 Entry List 中选择一个线程来获取锁并继续执行。

理解 Wait Set 和 Entry List 的区别和作用，可以帮助你更好地设计和实现高效的多线程程序，特别是在需要线程协作和锁管理的场景中。

转载来源：https://juejin.cn/post/7449452296603271204