Java线程通信及线程虚假唤醒知识总结
作者:少年做自己的英雄
线程通信
线程在内部运行时,线程调度具有一定的透明性,程序通常无法控制线程的轮换执行。但Java本身提供了一些机制来保证线程协调运行。
假设目前系统中有两个线程,分别代表存款和取钱。当钱存进去,立马就取出来挪入指定账户。这涉及到线程间的协作,使用到Object类提供的wait()、notify()、notifyAll()三个方法,其不属于Thread类,而属于Object,而这三个方法必须由监视器对象来调用:
- synchronized修饰的方法,因为该类的默认实例(this)就是同步监视器,因此可以在同步方法中直接调用
- synchronized修饰的同步代码块,同步监视器是synchronized括号里的对象,因此必须使用该对象来调用
三个方法解释如下:
- wait():当前线程等待,释放当前对象锁,让出CPU,直到其他线程使用notify或者notifyAll唤醒该线程
- notify():唤醒在此同步监视器上等待的单个线程,若存在多个线程,则随机唤醒一个。执行了notify不会马上释放锁,只有完全退出synchronized代码块或者中途遇到wait,呈wait状态的线程才可以去争取该对象锁
- notifyAll():唤醒在此同步监视器上的所有线程,同上。
现在用两个同步方法分别代表存钱取钱
- 当余额为0时,进入存钱流程,执行存钱操作后,唤醒取钱线程
- 当余额为0时,进入取钱流程,发现num==0,进入阻塞状态,等待被唤醒
/** * 存一块钱 * * @throws InterruptedException */ public synchronized void increase() throws InterruptedException { // 当余额为1,说明已经存过钱,等待取钱。存钱方法阻塞 if (num == 1) { this.wait(); } // 执行存钱操作 num++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num); // 唤醒其他线程 this.notifyAll(); } /** * 取一块钱 * * @throws InterruptedException */ public synchronized void decrease() throws InterruptedException { // 当余额为0,说明已经取过钱,等待存钱。取钱方法阻塞 if (num == 0) { this.wait(); } num--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num); this.notifyAll(); }
调用方法:
private int num = 0; public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { test.increase(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }, "存钱").start(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { test.decrease(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }, "取钱").start(); }
结果没有什么问题
线程虚假唤醒
上述线程通信看起来似乎没有什么问题,但若此时将存钱和取钱的人数各增加1,再看运行结果
private int num = 0; public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { test.increase(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }, "存钱1").start(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { test.decrease(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }, "取钱1").start(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { test.increase(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }, "存钱2").start(); new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { test.decrease(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }, "取钱2").start(); }
产生的结果已经不是最初的只有0和1
造成这个结果的原因就是线程间的虚假唤醒
由于目前分别有多个取款和存款线程。假设其中一个存款线程执行完毕,并使用wait释放同步监视器锁定,那其余多个取款线程将同时被唤醒,此时余额为1,如果有10个同时取钱,那余额会变为-9,造成结果错误。
因此,每次线程从wait中被唤醒,都必须再次测试是否符合唤醒条件,如果不符合那就继续等待。
由于多个线程被同时唤醒,在if(xxxx){wait();}处 if判断只会执行一次,当下一个被唤醒的线程过来时,由于if已经判断过,则直接从wait后面的语句继续执行,因此将if换成while可解决该问题,下次被唤醒的线程过来,while重新判断一下,发现上一个被唤醒的线程已经拿到锁,因此这个被虚假唤醒的线程将继续等待锁。
/** * 存一块钱 * * @throws InterruptedException */ public synchronized void increase() throws InterruptedException { while (num == 1) {// 防止每次进来的唤醒线程只判断一次造成虚假唤醒,替换成while this.wait(); } num++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num); this.notifyAll(); } /** * 取一块钱 * * @throws InterruptedException */ public synchronized void decrease() throws InterruptedException { while (num == 0) { this.wait(); } num--; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num); this.notifyAll(); }
再次运行,结果正常:
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