重生之我在人间敲代码_Java并发基础_用“等待-通知”机制优化循环等待

简介: 在破坏占用且等待条件的时候,如果转出账本和转入账本不满足同时在文件架上这个条件,就用死循环的方式来循环等待。如果循环等待操作耗时非常短,而且并发冲突量也不大时,这个方案还挺不错的,因为这种场景下,循环上几次或者几十次就能一次性获取转出账户和转入账户了。但是如果循环等待操作耗时长,或者并发冲突量大的时候,循环等待这种方案就不适用了,因为在这种场景下,可能要循环上万次才能获取到锁,太消耗 CPU 了。

破坏占用且等待条件的时候,如果转出账本和转入账本不满足同时在文件架上这个条件,就用死循环的方式来循环等待

如果循环等待操作耗时非常短,而且并发冲突量也不大时,这个方案还挺不错的,因为这种场景下,循环上几次或者几十次就能一次性获取转出账户和转入账户了。但是如果循环等待操作耗时长,或者并发冲突量大的时候,循环等待这种方案就不适用了,因为在这种场景下,可能要循环上万次才能获取到锁,太消耗 CPU 了。

其实在这种场景下,最好的方案应该是:如果线程要求的条件(转出账本和转入账本同在文件架上)不满足,则线程阻塞自己,进入等待状态;当线程要求的条件(转出账本和转入账本同在文件架上)满足后,通知等待的线程重新执行。其中,使用线程阻塞的方式就能避免循环等待消耗 CPU 的问题。

一个完整的等待 - 通知机制:线程首先获取互斥锁,当线程要求的条件不满足时,释放互斥锁,进入等待状态;当要求的条件满足时,通知等待的线程,重新获取互斥锁

用 synchronized 实现等待 - 通知机制

在 Java 语言里,等待 - 通知机制可以有多种实现方式,比如 Java 语言内置的 synchronized 配合 wait()、notify()、notifyAll() 这三个方法就能轻松实现。

用 synchronized 实现互斥锁。有一个等待队列,同一时刻,只允许一个线程进入 synchronized 保护的临界区(这个临界区可以看作大夫的诊室),当有一个线程进入临界区后,其他线程就只能进入等待队列里等待(相当于患者分诊等待)。这个等待队列和互斥锁是一对一的关系,每个互斥锁都有自己独立的等待队列。

在并发程序中,当一个线程进入临界区后,由于某些条件不满足,需要进入等待状态,Java 对象的 wait() 方法就能够满足这种需求。如上图所示,当调用 wait() 方法后,当前线程就会被阻塞,并且进入到右边的等待队列中,这个等待队列也是互斥锁的等待队列。 线程在进入等待队列的同时,会释放持有的互斥锁,线程释放锁后,其他线程就有机会获得锁,并进入临界区了。

那线程要求的条件满足时,该怎么通知这个等待的线程呢?很简单,就是 Java 对象的 notify() 和 notifyAll() 方法。我在下面这个图里为你大致描述了这个过程,当条件满足时调用 notify(),会通知等待队列(互斥锁的等待队列)中的线程,告诉它条件曾经满足过

为什么说是曾经满足过呢?因为notify() 只能保证在通知时间点,条件是满足的。而被通知线程的执行时间点和通知的时间点基本上不会重合,所以当线程执行的时候,很可能条件已经不满足了(保不齐有其他线程插队)。

除此之外,还有一个需要注意的点,被通知的线程要想重新执行,仍然需要获取到互斥锁(因为曾经获取的锁在调用 wait() 时已经释放了)。

上面我们一直强调 wait()、notify()、notifyAll() 方法操作的等待队列是互斥锁的等待队列,所以如果 synchronized 锁定的是 this,那么对应的一定是 this.wait()、this.notify()、this.notifyAll();如果 synchronized 锁定的是 target,那么对应的一定是 target.wait()、target.notify()、target.notifyAll() 。而且 wait()、notify()、notifyAll() 这三个方法能够被调用的前提是已经获取了相应的互斥锁,所以我们会发现 wait()、notify()、notifyAll() 都是在 synchronized{}内部被调用的。如果在 synchronized{}外部调用,或者锁定的 this,而用 target.wait() 调用的话,JVM 会抛出一个运行时异常:java.lang.IllegalMonitorStateException。

一个更好地资源分配器

等待 - 通知机制的基本原理搞清楚后,我们就来看看它如何解决一次性申请转出账户和转入账户的问题吧。在这个等待 - 通知机制中,我们需要考虑以下四个要素。

  • 互斥锁:Allocator 需要是单例的,所以我们可以用 this 作为互斥锁。
  • 线程要求的条件:转出账户和转入账户都没有被分配过。
  • 何时等待:线程要求的条件不满足就等待。
  • 何时通知:当有线程释放账户时就通知。

利用这种范式可以解决上面提到的条件曾经满足过这个问题。因为当 wait() 返回时,有可能条件已经发生变化了,曾经条件满足,但是现在已经不满足了,所以要重新检验条件是否满足。范式,意味着是经典做法,所以没有特殊理由不要尝试换个写法。

尽量使用 notifyAll()

在上面的案例中,我们用的是 notifyAll() 来实现通知机制,为什么不使用 notify() 呢?这二者是有区别的,notify() 是会随机地通知等待队列中的一个线程,而 notifyAll() 会通知等待队列中的所有线程。从感觉上来讲,应该是 notify() 更好一些,因为即便通知所有线程,也只有一个线程能够进入临界区。但那所谓的感觉往往都蕴藏着风险,实际上使用 notify() 也很有风险,它的风险在于可能导致某些线程永远不会被通知到。

假设我们有资源 A、B、C、D,线程 1 申请到了 AB,线程 2 申请到了 CD,此时线程 3 申请 AB,会进入等待队列(AB 分配给线程 1,线程 3 要求的条件不满足),线程 4 申请 CD 也会进入等待队列。我们再假设之后线程 1 归还了资源 AB,如果使用 notify() 来通知等待队列中的线程,有可能被通知的是线程 4,但线程 4 申请的是 CD,所以此时线程 4 还是会继续等待,而真正该唤醒的线程 3 就再也没有机会被唤醒了。

所以除非经过深思熟虑,否则尽量使用 notifyAll()。

相关文章
|
9天前
|
IDE Java 关系型数据库
Java 初学者学习路线(含代码示例)
本教程为Java初学者设计,涵盖基础语法、面向对象、集合、异常处理、文件操作、多线程、JDBC、Servlet及MyBatis等内容,每阶段配核心代码示例,强调动手实践,助你循序渐进掌握Java编程。
87 2
|
12天前
|
安全 Java 应用服务中间件
Spring Boot + Java 21:内存减少 60%,启动速度提高 30% — 零代码
通过调整三个JVM和Spring Boot配置开关,无需重写代码即可显著优化Java应用性能:内存减少60%,启动速度提升30%。适用于所有在JVM上运行API的生产团队,低成本实现高效能。
88 3
|
12天前
|
Java
怎么用Java 代码示例来展示继承的实现
本文通过Java代码示例展示继承机制:Animal为父类,Cat和Dog继承其属性与方法,并实现构造函数调用、方法重写与特有功能扩展,体现代码复用与多态特性。
51 4
|
13天前
|
Java
java入门代码示例
本文介绍Java入门基础,包含Hello World、变量类型、条件判断、循环及方法定义等核心语法示例,帮助初学者快速掌握Java编程基本结构与逻辑。
190 0
|
15天前
|
Java Spring
如何优化Java异步任务的性能?
本文介绍了Java中四种异步任务实现方式:基础Thread、线程池、CompletableFuture及虚拟线程。涵盖多场景代码示例,展示从简单异步到复杂流程编排的演进,适用于不同版本与业务需求,助你掌握高效并发编程实践。(239字)
125 6
|
21天前
|
数据采集 存储 弹性计算
高并发Java爬虫的瓶颈分析与动态线程优化方案
高并发Java爬虫的瓶颈分析与动态线程优化方案
|
26天前
|
Java API 开发工具
【Azure Developer】Java代码实现获取Azure 资源的指标数据却报错 "invalid time interval input"
在使用 Java 调用虚拟机 API 获取指标数据时,因本地时区设置非 UTC,导致时间格式解析错误。解决方法是在代码中手动指定时区为 UTC,使用 `ZoneOffset.ofHours(0)` 并结合 `withOffsetSameInstant` 方法进行时区转换,从而避免因时区差异引发的时间格式问题。
131 3
|
1月前
|
缓存 Java 开发者
Java 开发者必看!ArrayList 和 LinkedList 的性能厮杀:选错一次,代码慢成蜗牛
本文深入解析了 Java 中 ArrayList 和 LinkedList 的性能差异,揭示了它们在不同操作下的表现。通过对比随机访问、插入、删除等操作的效率,指出 ArrayList 在多数场景下更高效,而 LinkedList 仅在特定情况下表现优异。文章强调选择合适容器对程序性能的重要性,并提供了实用的选择法则。
108 3
|
2月前
|
人工智能 监控 安全
智慧工地解决方案,java智慧工地程序代码
智慧工地系统融合物联网、AI、大数据等技术,实现对施工现场“人、机、料、法、环”的全面智能监控与管理,提升安全、效率与决策水平。