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并发之wait/notify说明

2022-06-28 04:29:00 【七国的天下，我要九十九】

并发之wait/notify说明

1 wait/notify的原理

在这里插入图片描述

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

2 wait/notify的API

obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待
obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中挑一个唤醒**(随机)**
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，才能调用这些方法

final static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) {
    
 new Thread(() -> {
    
 synchronized (obj) {
    
 log.debug("执行....");
 try {
    
     // 让线程在obj上一直等待下去
 obj.wait(); 
 } catch (InterruptedException e) {
    
 e.printStackTrace();
 }
 log.debug("其它代码....");
 }
 }).start();
 new Thread(() -> {
    
 synchronized (obj) {
    
 log.debug("执行....");
 try {
    
     // 让线程在obj上一直等待下去
 obj.wait(); 
 } 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) {
    
     // 唤醒obj上一个线程 第一次测试
 obj.notify(); 
     // 唤醒obj上所有等待线程 第二次测试
 // obj.notifyAll(); 
 }
}

第一次测试notify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....

第二次测试notifyAll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，或是被 notify

3 wait/notify的使用

sleep(long n)和wait(long n)的区别

不同:

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

相同:

它们状态 TIMED_WAITING

案例1

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

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();

/* 运行结果: 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 */

说明:

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

案例2

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();
/* 运行结果: 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 */

说明:

解决了其它干活的线程阻塞的问题

存在问题, 即存在其他线程等待的场景,不一定保证唤醒指定的线程.

案例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();
/* 运行结果: 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... */

说明:

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，称为 虚假唤醒

解决方法: notifyAll唤醒全部线程

案例4

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

说明:

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: 用 while + wait，当条件不成立，再次 wait

案例5

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

// 改为

while (!hasCigarette) {
    
 log.debug("没烟，先歇会！");
 try {
    
 room.wait();
 } catch (InterruptedException e) {
    
 e.printStackTrace();
 }
}
/* 运行结果: 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！ */

结构模式:

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

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