為什么不用Wait和Notify
這篇文章主要介紹“為什么不用Wait和Notify”，在日常操作中，相信很多人在為什么不用Wait和Notify問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”為什么不用Wait和Notify”的疑惑有所幫助！接下來，請(qǐng)跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！
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1.notify 線程“假死”
所謂的線程“假死”是指，在使用 notify 喚醒多個(gè)等待的線程時(shí)，卻意外的喚醒了一個(gè)沒有“準(zhǔn)備好”的線程，從而導(dǎo)致整個(gè)程序進(jìn)入了阻塞的狀態(tài)不能繼續(xù)執(zhí)行。
以多線程編程中的經(jīng)典案例生產(chǎn)者和消費(fèi)者模型為例，我們先來演示一下線程“假死”的問題。
1.1 正常版本
在演示線程“假死”的問題之前，我們先使用 wait 和 notify 來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)者和消費(fèi)者模型，為了讓代碼更直觀，我這里寫一個(gè)超級(jí)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)版本。我們先來創(chuàng)建一個(gè)工廠類，工廠類里面包含兩個(gè)方法，一個(gè)是循環(huán)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的(存入)方法，另一個(gè)是循環(huán)消費(fèi)數(shù)據(jù)的(取出)方法，實(shí)現(xiàn)代碼如下。
/** * 工廠類,消費(fèi)者和生產(chǎn)者通過調(diào)用工廠類實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)/消費(fèi) */ class Factory { private int[] items = new int[1]; // 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器(為了演示方便,設(shè)置容量最多存儲(chǔ) 1 個(gè)元素) private int size = 0; // 實(shí)際存儲(chǔ)大小 /** * 生產(chǎn)方法 */ public synchronized void put() throws InterruptedException { // 循環(huán)生產(chǎn)數(shù)據(jù) do { while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判斷 // 存儲(chǔ)的容量已經(jīng)滿了,阻塞等待消費(fèi)者消費(fèi)之后喚醒 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入阻塞"); this.wait(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒"); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始工作"); items[0] = 1; // 為了方便演示,設(shè)置固定值 size++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作"); // 當(dāng)生產(chǎn)隊(duì)列有數(shù)據(jù)之后通知喚醒消費(fèi)者 this.notify(); } while (true); } /** * 消費(fèi)方法 */ public synchronized void take() throws InterruptedException { // 循環(huán)消費(fèi)數(shù)據(jù) do { while (size == 0) { // 生產(chǎn)者沒有數(shù)據(jù),阻塞等待 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入阻塞(消費(fèi)者)"); this.wait(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒(消費(fèi)者)"); } System.out.println("消費(fèi)者工作~"); size--; // 喚醒生產(chǎn)者可以添加生產(chǎn)了 this.notify(); } while (true); } }接下來我們來創(chuàng)建兩個(gè)線程，一個(gè)是生產(chǎn)者調(diào)用 put 方法，另一個(gè)是消費(fèi)者調(diào)用 take 方法，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public class NotifyDemo { public static void main(String[] args) { // 創(chuàng)建工廠類 Factory factory = new Factory(); // 生產(chǎn)者 Thread producer = new Thread(() -> { try { factory.put(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "生產(chǎn)者"); producer.start(); // 消費(fèi)者 Thread consumer = new Thread(() -> { try { factory.take(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "消費(fèi)者"); consumer.start(); } }執(zhí)行結(jié)果如下：
從上述結(jié)果可以看出，生產(chǎn)者和消費(fèi)者在循環(huán)交替的執(zhí)行任務(wù)，場(chǎng)面非常和諧，是我們想要的正確結(jié)果。
1.2 線程“假死”版本
當(dāng)只有一個(gè)生產(chǎn)者和一個(gè)消費(fèi)者時(shí)，wait 和 notify 方法不會(huì)有任何問題，然而**將生產(chǎn)者增加到兩個(gè)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)線程“假死”的問題了，**程序的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public class NotifyDemo { public static void main(String[] args) { // 創(chuàng)建工廠方法（工廠類的代碼不變，這里不再?gòu)?fù)述） Factory factory = new Factory(); // 生產(chǎn)者 Thread producer = new Thread(() -> { try { factory.put(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "生產(chǎn)者"); producer.start(); // 生產(chǎn)者 2 Thread producer2 = new Thread(() -> { try { factory.put(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "生產(chǎn)者2"); producer2.start(); // 消費(fèi)者 Thread consumer = new Thread(() -> { try { factory.take(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "消費(fèi)者"); consumer.start(); } }程序執(zhí)行結(jié)果如下：
從以上結(jié)果可以看出，當(dāng)我們將生產(chǎn)者的數(shù)量增加到 2 個(gè)時(shí)，就會(huì)造成線程“假死”阻塞執(zhí)行的問題，當(dāng)生產(chǎn)者 2 被喚醒又被阻塞之后，整個(gè)程序就不能繼續(xù)執(zhí)行了。
線程“假死”問題分析
我們先把以上程序的執(zhí)行步驟標(biāo)注一下，得到如下結(jié)果：
從上圖可以看出：當(dāng)執(zhí)行到第 ④ 步時(shí)，此時(shí)生產(chǎn)者為工作狀態(tài)，而生產(chǎn)者 2 和消費(fèi)者為等待狀態(tài)，此時(shí)正確的做法應(yīng)該是喚醒消費(fèi)著進(jìn)行消費(fèi)，然后消費(fèi)者消費(fèi)完之后再喚醒生產(chǎn)者繼續(xù)工作;但此時(shí)生產(chǎn)者卻錯(cuò)誤的喚醒了生產(chǎn)者 2，而生產(chǎn)者 2 因?yàn)殛?duì)列已經(jīng)滿了，所以自身并不具備繼續(xù)執(zhí)行的能力，因此就導(dǎo)致了整個(gè)程序的阻塞，流程圖如下所示：
正確執(zhí)行流程應(yīng)該是這樣的：
1.3 使用 Condition
為了解決線程的“假死”問題，我們可以使用 Condition 來嘗試實(shí)現(xiàn)一下，Condition 是 JUC(java.util.concurrent)包下的類，需要使用 Lock 鎖來創(chuàng)建，Condition 提供了 3 個(gè)重要的方法：
await：對(duì)應(yīng) wait 方法;
signal：對(duì)應(yīng) notify 方法;
signalAll： notifyAll 方法。
Condition 的使用和 wait/notify 類似，也是先獲得鎖然后在鎖中進(jìn)行等待和喚醒操作，Condition 的基礎(chǔ)用法如下：
// 創(chuàng)建 Condition 對(duì)象 Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); // 加鎖 lock.lock(); try { // 業(yè)務(wù)方法.... // 1.進(jìn)入等待狀態(tài) condition.await(); // 2.喚醒操作 condition.signal(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); }小知識(shí)：Lock的正確使用姿勢(shì)
切記 Lock 的 lock.lock() 方法不能放入 try 代碼中，如果 lock 方法在 try 代碼塊之內(nèi)，可能由于其它方法拋出異常，導(dǎo)致在 finally 代碼塊中， unlock 對(duì)未加鎖的對(duì)象解鎖，它會(huì)調(diào)用 AQS 的 tryRelease 方法(取決于具體實(shí)現(xiàn)類)，拋出 IllegalMonitorStateException 異常。
回歸主題
回到本文的主題，我們?nèi)绻褂?Condition 來實(shí)現(xiàn)線程的通訊就可以避免程序的“假死”情況，因?yàn)?Condition 可以創(chuàng)建多個(gè)等待集，以本文的生產(chǎn)者和消費(fèi)者模型為例，我們可以使用兩個(gè)等待集，一個(gè)用做消費(fèi)者的等待和喚醒，另一個(gè)用來喚醒生產(chǎn)者，這樣就不會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)者喚醒生產(chǎn)者的情況了(生產(chǎn)者只能喚醒消費(fèi)者，消費(fèi)者只能喚醒生產(chǎn)者)這樣整個(gè)流程就不會(huì)“假死”了，它的執(zhí)行流程如下圖所示：
了解了它的基本流程之后，咱們來看具體的實(shí)現(xiàn)代碼。
基于 Condition 的工廠實(shí)現(xiàn)代碼如下：
class FactoryByCondition { private int[] items = new int[1]; // 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器(為了演示方便,設(shè)置容量最多存儲(chǔ) 1 個(gè)元素) private int size = 0; // 實(shí)際存儲(chǔ)大小 // 創(chuàng)建 Condition 對(duì)象 private Lock lock = new ReentrantLock(); // 生產(chǎn)者的 Condition 對(duì)象 private Condition producerCondition = lock.newCondition(); // 消費(fèi)者的 Condition 對(duì)象 private Condition consumerCondition = lock.newCondition(); /** * 生產(chǎn)方法 */ public void put() throws InterruptedException { // 循環(huán)生產(chǎn)數(shù)據(jù) do { lock.lock(); while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判斷 // 生產(chǎn)者進(jìn)入等待 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入阻塞"); producerCondition.await(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒"); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始工作"); items[0] = 1; // 為了方便演示,設(shè)置固定值 size++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作"); // 喚醒消費(fèi)者 consumerCondition.signal(); try { } finally { lock.unlock(); } } while (true); } /** * 消費(fèi)方法 */ public void take() throws InterruptedException { // 循環(huán)消費(fèi)數(shù)據(jù) do { lock.lock(); while (size == 0) { // 消費(fèi)者阻塞等待 consumerCondition.await(); } System.out.println("消費(fèi)者工作~"); size--; // 喚醒生產(chǎn)者 producerCondition.signal(); try { } finally { lock.unlock(); } } while (true); } }兩個(gè)生產(chǎn)者和一個(gè)消費(fèi)者的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public class NotifyDemo { public static void main(String[] args) { FactoryByCondition factory = new FactoryByCondition(); // 生產(chǎn)者 Thread producer = new Thread(() -> { try { factory.put(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "生產(chǎn)者"); producer.start(); // 生產(chǎn)者 2 Thread producer2 = new Thread(() -> { try { factory.put(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "生產(chǎn)者2"); producer2.start(); // 消費(fèi)者 Thread consumer = new Thread(() -> { try { factory.take(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "消費(fèi)者"); consumer.start(); } }程序的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
從上述結(jié)果可以看出，當(dāng)使用 Condition 時(shí)，生產(chǎn)者、消費(fèi)者、生產(chǎn)者 2 會(huì)一直交替循環(huán)執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果符合我們的預(yù)期。
2.性能問題
在上面我們演示 notify 會(huì)造成線程的“假死”問題的時(shí)候，一定有朋友會(huì)想到，如果把 notify 換成 notifyAll 線程就不會(huì)“假死”了。
這樣做法確實(shí)可以解決線程“假死”的問題，但同時(shí)會(huì)到來新的性能問題，空說無憑，直接上代碼展示。
以下是使用 wait 和 notifyAll 改進(jìn)后的代碼：
/** * 工廠類,消費(fèi)者和生產(chǎn)者通過調(diào)用工廠類實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)/消費(fèi)功能. */ class Factory { private int[] items = new int[1]; // 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器(為了演示方便,設(shè)置容量最多存儲(chǔ) 1 個(gè)元素) private int size = 0; // 實(shí)際存儲(chǔ)大小 /** * 生產(chǎn)方法 * @throws InterruptedException */ public synchronized void put() throws InterruptedException { // 循環(huán)生產(chǎn)數(shù)據(jù) do { while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判斷 // 存儲(chǔ)的容量已經(jīng)滿了,阻塞等待消費(fèi)者消費(fèi)之后喚醒 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入阻塞"); this.wait(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒"); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始工作"); items[0] = 1; // 為了方便演示,設(shè)置固定值 size++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作"); // 喚醒所有線程 this.notifyAll(); } while (true); } /** * 消費(fèi)方法 * @throws InterruptedException */ public synchronized void take() throws InterruptedException { // 循環(huán)消費(fèi)數(shù)據(jù) do { while (size == 0) { // 生產(chǎn)者沒有數(shù)據(jù),阻塞等待 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進(jìn)入阻塞(消費(fèi)者)"); this.wait(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒(消費(fèi)者)"); } System.out.println("消費(fèi)者工作~"); size--; // 喚醒所有線程 this.notifyAll(); } while (true); } }依舊是兩個(gè)生產(chǎn)者加一個(gè)消費(fèi)者，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public static void main(String[] args) { Factory factory = new Factory(); // 生產(chǎn)者 Thread producer = new Thread(() -> { try { factory.put(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "生產(chǎn)者"); producer.start(); // 生產(chǎn)者 2 Thread producer2 = new Thread(() -> { try { factory.put(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "生產(chǎn)者2"); producer2.start(); // 消費(fèi)者 Thread consumer = new Thread(() -> { try { factory.take(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, "消費(fèi)者"); consumer.start(); }執(zhí)行的結(jié)果如下圖所示：
通過以上結(jié)果可以看出：當(dāng)我們調(diào)用 notifyAll 時(shí)確實(shí)不會(huì)造成線程“假死”了，但會(huì)造成所有的生產(chǎn)者都被喚醒了，但因?yàn)榇龍?zhí)行的任務(wù)只有一個(gè)，因此被喚醒的所有生產(chǎn)者中，只有一個(gè)會(huì)執(zhí)行正確的工作，而另一個(gè)則是啥也不干，然后又進(jìn)入等待狀態(tài)，這種行為對(duì)于整個(gè)程序來說，無疑是多此一舉，只會(huì)增加線程調(diào)度的開銷，從而導(dǎo)致整個(gè)程序的性能下降。
反觀 Condition 的 await 和 signal 方法，即使有多個(gè)生產(chǎn)者，程序也只會(huì)喚醒一個(gè)有效的生產(chǎn)者進(jìn)行工作，如下圖所示：
生產(chǎn)者和生產(chǎn)者 2 依次會(huì)被交替的喚醒進(jìn)行工作，所以這樣執(zhí)行時(shí)并沒有任何多余的開銷，從而相比于 notifyAll 而言整個(gè)程序的性能會(huì)提升不少。
到此，關(guān)于“為什么不用Wait和Notify”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！
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