17.并发编程之wait notify

Leefs 2022-10-19 PM 888℃ 0条

[TOC]

### 一、原理

![17.并发编程之wait notify01.png](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/2682559411.png)

**分析**

+ 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

### 二、API介绍

| **方法**                   | **说明**                                                     |
| -------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
| **obj.wait()**             | wait方法让进入object监视器的线程到waitSet等待。wait后会释放对象锁，让其他线程竞争。 |
| **obj.wait(Long timeout)** | 限时等待。导致当前的线程等待，等待被其他线程唤醒，或者指定的时间timeout用完，线程不再等待。 |
| **obj.notify()**           | 在 object 上正在`waitSet` 等待的线程中挑一个唤醒。           |
| **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，才能调用这几个方法。

**示例代码**

```java
@Slf4j(topic = "c.TestWaitNotify")
public class TestWaitNotify {
    final static Object obj = new Object();

public static void main(String[] args) {

new Thread(() -> {
            synchronized (obj){
                log.debug("执行...");
                try {
                    obj.wait(); //让线程在obj上一直等待下去
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                log.debug("其它代码...");
            }
        },"t1").start();

//主线程两秒后执行
        sleep(2);
        log.debug("唤醒 obj 上其它线程");
        synchronized (obj) {
            obj.notify(); // 唤醒obj上一个线程
//            obj.notifyAll(); // 唤醒obj上所有等待线程
        }
    }
}
```

+ **notify运行结果**

```
22:36:43.159 c.TestWaitNotify [t1] - 执行...
22:36:43.161 c.TestWaitNotify [t2] - 执行...
22:36:45.171 c.TestWaitNotify [main] - 唤醒 obj 上其它线程
22:36:45.171 c.TestWaitNotify [t1] - 其它代码...
```

+ **notifyAll运行结果**

```
22:39:49.383 c.TestWaitNotify [t1] - 执行...
22:39:49.385 c.TestWaitNotify [t2] - 执行...
22:39:51.389 c.TestWaitNotify [main] - 唤醒 obj 上其它线程
22:39:51.389 c.TestWaitNotify [t2] - 其它代码...
22:39:51.389 c.TestWaitNotify [t1] - 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。

### 三、wait notify的正确姿势

#### 3.1 sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别

- sleep 是 Thread 的方法，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，但 wait 在等待的时候会释放对象锁

- 无时限wait方法执行后线程变为WAITING状态，有时限的wait方法与sleep方法执行后变为TIMED_WAITING状态

#### 3.2 演变步骤

##### step 1

```java
@Slf4j(topic = "c.TestCorrectPostureStep1")
public class TestCorrectPostureStep1 {
    static final Object room = new Object();
    static boolean hasCigarette = false;  //有没有烟
    static boolean hasTakeout = false;

public static void main(String[] args) {
        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");
                }
            }
        },"Leefs").start();

for (int i = 0; i < 5; i++){
            new Thread(() -> {
                synchronized (room) {
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            },"其他人").start();
        }

sleep(1);
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                hasCigarette = true;
                log.debug("烟到了!");
            }
        },"送烟的").start();
    }
}
```

**运行结果**

```
22:50:16.626 c.TestCorrectPostureStep1 [Leefs] - 有烟没?[false]
22:50:16.628 c.TestCorrectPostureStep1 [Leefs] - 没烟,先歇会!
---------- 中间间隔2s -------
22:50:18.638 c.TestCorrectPostureStep1 [Leefs] - 有烟没?[false]
22:50:18.638 c.TestCorrectPostureStep1 [送烟的] - 烟到了!
22:50:18.638 c.TestCorrectPostureStep1 [其他人] - 可以开始干活了
22:50:18.638 c.TestCorrectPostureStep1 [其他人] - 可以开始干活了
22:50:18.638 c.TestCorrectPostureStep1 [其他人] - 可以开始干活了
22:50:18.639 c.TestCorrectPostureStep1 [其他人] - 可以开始干活了
22:50:18.639 c.TestCorrectPostureStep1 [其他人] - 可以开始干活了
```

**分析**

+ 通过sleep方法来使线程处于等待状态；
+ 【Leefs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；
+ 如果送烟的线程也加了 synchronized (room) 后，就好比【Leefs】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；
+ 当【Leefs线程】获得锁在睡眠时，其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低；
+ 解决方法，使用 wait - notify 机制。

##### step 2

```java
@Slf4j(topic = "c.TestCorrectPostureStep2")
public class TestCorrectPostureStep2 {
    static final Object room = new Object();
    static boolean hasCigarette = false;
    static boolean hasTakeout = false;

public static void main(String[] args) {
        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");
                }
            }
        },"Leefs").start();

for (int i = 0; i < 5; i++){
            new Thread(() -> {
                synchronized (room){
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            },"其他人").start();
        }

sleep(1);
        new Thread(() -> {
            synchronized (room){
                hasCigarette = true;
                log.debug("烟到了!");
                room.notify();
            }
        },"送烟的").start();
    }
}
```

**运行结果**

```
23:05:18.333 c.TestCorrectPostureStep2 [Leefs] - 有烟没?[false]
23:05:18.336 c.TestCorrectPostureStep2 [Leefs] - 没烟,先歇会!
23:05:18.336 c.TestCorrectPostureStep2 [其他人] - 可以开始干活了
23:05:18.336 c.TestCorrectPostureStep2 [其他人] - 可以开始干活了
23:05:18.336 c.TestCorrectPostureStep2 [其他人] - 可以开始干活了
23:05:18.336 c.TestCorrectPostureStep2 [其他人] - 可以开始干活了
23:05:18.336 c.TestCorrectPostureStep2 [其他人] - 可以开始干活了
23:05:19.342 c.TestCorrectPostureStep2 [送烟的] - 烟到了!
23:05:19.343 c.TestCorrectPostureStep2 [Leefs] - 有烟没？[true]
23:05:19.343 c.TestCorrectPostureStep2 [Leefs] - 可以开始干活了
```

+ 解决了当【Leefs线程】处于睡眠状态时，其他线程可以获取锁不需等待释放锁的问题
+ 但如果有其它线程也在等待条件呢？送烟的主线程notify会不会错误地叫醒其他线程呢？

##### step 3

```java
@Slf4j(topic = "c.TestCorrectPostureStep3")
public class TestCorrectPostureStep3 {
    static final Object room = new Object();
    static boolean hasCigarette = false;
    static boolean hasTakeout = false;

public static void main(String[] args) {
        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...");
                }
            }
        },"Leefs").start();

sleep(1);
        new Thread(() -> {
            synchronized (room){
                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...");
                }
            }
        },"Jeyoo").start();

sleep(1);
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                hasTakeout = true;
                log.debug("外卖送到了!");
                room.notify();
            }
        },"送外卖的").start();
    }
}
```

**运行结果**

```
23:12:26.760 c.TestCorrectPostureStep3 [Leefs] - 有烟没？[false]
23:12:26.762 c.TestCorrectPostureStep3 [Leefs] - 没烟，先歇会！
23:12:27.766 c.TestCorrectPostureStep3 [Jeyoo] - 外卖送到没?[false]
23:12:27.766 c.TestCorrectPostureStep3 [Jeyoo] - 没外卖，先歇会！
23:12:28.771 c.TestCorrectPostureStep3 [送外卖的] - 外卖送到了!
23:12:28.772 c.TestCorrectPostureStep3 [Leefs] - 有烟没？[false]
23:12:28.773 c.TestCorrectPostureStep3 [Leefs] - 没干成活...
```

- 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，称之为【虚假唤醒】
- 解决方法，改为 notifyAll

##### step 4

```java
@Slf4j(topic = "c.TestCorrectPostureStep4")
public class TestCorrectPostureStep4 {
    static final Object room = new Object();
    static boolean hasCigarette = false;
    static boolean hasTakeout = false;

sleep(1);
        new Thread(() -> {
            synchronized (room) {
                hasTakeout = true;
                log.debug("外卖送到了!");
                room.notifyAll();
            }
        },"送外卖的").start();
    }
}
```

**运行结果**

```
10:42:37.796 c.TestCorrectPostureStep5 [Leefs] - 有烟没？[false]
10:42:37.798 c.TestCorrectPostureStep5 [Leefs] - 没烟，先歇会！
10:42:38.801 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 外卖送到没?[false]
10:42:38.801 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 没外卖，先歇会！
10:42:39.809 c.TestCorrectPostureStep5 [送外卖的] - 外卖送到了!
10:42:39.810 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 外卖送到没？[true]
10:42:39.810 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 可以开始干活了
10:42:39.810 c.TestCorrectPostureStep5 [Leefs] - 没烟，先歇会！
```

+ 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
+ 解决方法，用 while + wait，当条件不成立，再次 wait

##### step 5

将 if 改为 while

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

改动后

+ wait方法被唤醒后才会执行后面代码，因此此处不会导致while循环空转

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

**运行结果**

```
23:20:07.016 c.TestCorrectPostureStep5 [Leefs] - 有烟没？[false]
23:20:07.019 c.TestCorrectPostureStep5 [Leefs] - 没烟，先歇会！
23:20:08.030 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 外卖送到没?[false]
23:20:08.031 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 没外卖，先歇会！
23:20:09.033 c.TestCorrectPostureStep5 [送外卖的] - 外卖送到了!
23:20:09.034 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 外卖送到没？[true]
23:20:09.034 c.TestCorrectPostureStep5 [Jeyoo] - 可以开始干活了
23:20:09.034 c.TestCorrectPostureStep5 [Leefs] - 没烟，先歇会！
```

### 总结：正确姿势

```java
synchronized(lock) {
  while(条件不成立) {
    lock.wait();
  }
  // 干活
}

//另一个线程
synchronized(lock) {
  lock.notifyAll();
}
```

*附参考原文地址*

*《黑马程序员之并发编程》*

标签: 并发编程

非特殊说明，本博所有文章均为博主原创。

如若转载，请注明出处：https://lilinchao.com/archives/2503.html

上一篇 16.并发编程之synchronized原理进阶（二）

下一篇 18.并发编程之保护性暂停模式

17.并发编程之wait notify

评论已关闭

栏目分类

标签云

友情链接申请

17.并发编程之wait notify

评论已关闭

 栏目分类

标签云

友情链接申请

栏目分类

标签云

友情链接申请