求求你,别再用wait和notify了!
作者 | 王磊
來源 | Java中文社群(ID:javacn666)
轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系授權(quán)(微信ID:GG_Stone)
Condition 是 JDK 1.5 中提供的用來替代 wait 和 notify 的線程通訊方法,那么一定會(huì)有人問:為什么不能用 wait 和 notify 了? 哥們我用的好好的。老弟別著急,聽我給你細(xì)說...
之所以推薦使用 Condition 而非 Object 中的 wait 和 notify?的原因有兩個(gè):
使用 notify 在極端環(huán)境下會(huì)造成線程“假死”;
Condition 性能更高。
接下來怎們就用代碼和流程圖的方式來演示上述的兩種情況。
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,這里不再復(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?2Thread?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?2Thread?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?2Thread?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),這就行為對(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。
總結(jié)
本文我們通過代碼和流程圖的方式演示了 wait?方法和 notify/notifyAll?方法的使用缺陷,它的缺陷主要有兩個(gè),一個(gè)是在極端環(huán)境下使用 notify?會(huì)造成程序“假死”的情況,另一個(gè)就是使用 notifyAll?會(huì)造成性能下降的問題,因此在進(jìn)行線程通訊時(shí),強(qiáng)烈建議使用 Condition?類來實(shí)現(xiàn)。
PS:有人可能會(huì)問為什么不用 Condition 的 signalAll 和 notifyAll 進(jìn)行性能對(duì)比?而使用 signal 和 notifyAll 進(jìn)行對(duì)比?我只想說,既然使用 signal 可以實(shí)現(xiàn)此功能,為什么還要使用 signalAll 呢?這就好比在有暖氣的 25 度的房間里,穿一件短袖就可以了,為什么還要穿一件棉襖呢?
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的求求你,别再用wait和notify了!的全部?jī)?nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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