转载自 Java synchronized 中的while 和 notifyAll
问题1 为什么是while 而不是if
大多数人都知道常见的使用synchronized代码:
synchronized (obj) {while (check pass) {wait();}// do your business
}
那么问题是为啥这里是while而不是if呢?
这个问题 我最开始也想了很久, 按理来说 已经在synchronized块里面了嘛 就不需要了. 这个也是我前面一直是这么认为的, 直到最近看了一个Stackoverflow上的问题, 才对这个问题有了比较深入的理解.
实现一个有界队列
试想我们要试想一个有界的队列. 那么常见的代码可以是这样:
static class Buf {private final int MAX = 5;private final ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();synchronized void put(int v) throws InterruptedException {if (list.size() == MAX) {wait();}list.add(v);notifyAll();}synchronized int get() throws InterruptedException {// line 0 if (list.size() == 0) { // line 1wait(); // line2// line 3}int v = list.remove(0); // line 4notifyAll(); // line 5return v;}synchronized int size() {return list.size();}}
注意到这里用的if, 那么我们来看看它会报什么错呢?
下面的代码用了1个线程来put ; 10个线程来get:
final Buf buf = new Buf();ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(11);for (int i = 0; i < 1; i++)es.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true ) {try {buf.put(1);Thread.sleep(20);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();break;}}}});for (int i = 0; i < 10; i++) {es.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true ) {try {buf.get();Thread.sleep(10);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();break;}}}});}es.shutdown();es.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);
这段代码很快或者说一开始就会报错
java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 0
at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:653)
at java.util.ArrayList.remove(ArrayList.java:492)
at TestWhileWaitBuf.get(TestWhileWait.java:80)atTestWhileWaitBuf.get(TestWhileWait.java:80)atTestWhileWait2.run(TestWhileWait.java:47)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
很明显,在remove’的时候报错了.
那么我们来分析下:
假设现在有A, B两个线程来执行get 操作, 我们假设如下的步骤发生了:
1. A 拿到了锁 line 0
2. A 发现size==0, (line 1), 然后进入等待,并释放锁 (line 2)
3. 此时B拿到了锁, line0, 发现size==0, (line 1), 然后进入等待,并释放锁 (line 2)
4. 这个时候有个线程C往里面加了个数据1, 那么 notifyAll 所有的等待的线程都被唤醒了.
5. AB 重新获取锁, 假设 又是A拿到了. 然后 他就走到line 3, 移除了一个数据, (line4) 没有问题.
6. A 移除数据后 想通知别人, 此时list的大小有了变化, 于是调用了notifyAll (line5), 这个时候就把B给唤醒了, 那么B接着往下走.
7. 这时候B就出问题了, 因为 其实 此时的竞态条件已经不满足了 (size==0). B以为还可以删除就尝试去删除, 结果就跑了异常了.
那么fix很简单, 在get的时候加上while就好了:
synchronized int get() throws InterruptedException {while (list.size() == 0) {wait();}int v = list.remove(0);notifyAll();return v;}
同样的, 我们可以尝试修改put的线程数 和 get的线程数来 发现如果put里面不是while的话 也是不行的:
我们可以用一个外部周期性任务来打印当前list的大小, 你会发现大小并不是固定的最大5:
final Buf buf = new Buf();ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(11);ScheduledExecutorService printer = Executors.newScheduledThreadPool(1);printer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println(buf.size());}}, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);for (int i = 0; i < 10; i++)es.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true ) {try {buf.put(1);Thread.sleep(200);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();break;}}}});for (int i = 0; i < 1; i++) {es.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true ) {try {buf.get();Thread.sleep(100);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();break;}}}});}es.shutdown();es.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);
这里 我想应该说清楚了为啥必须是while 还是if了
问题2:什么时候用notifyAll或者notify
大多数人都会这么告诉你:
当你想要通知所有人的时候就用notifyAll, 当你只想通知一个人的时候就用notify.
但是我们都知道notify实际上我们是没法决定到底通知谁的(都是从等待集合里面选一个). 那这个还有什么存在的意义呢?
在上面的例子中,我们用到了notifyAll, 那么下面我们来看下用notify是否可以工作呢?
那么代码变成下面的样子:
synchronized void put(int v) throws InterruptedException {if (list.size() == MAX) {wait();}list.add(v);notify();}synchronized int get() throws InterruptedException {while (list.size() == 0) {wait();}int v = list.remove(0);notify();return v;}
下面的几点是jvm告诉我们的:
- 任何时候,被唤醒的来执行的线程是不可预知. 比如有5个线程都在一个对象上, 实际上我不知道 下一个哪个线程会被执行.
- synchronized语义实现了有且只有一个线程可以执行同步块里面的代码.
那么我们假设下面的场景就会导致死锁:
P - 生产者 调用put
C - 消费者 调用get
- P1 放了一个数字1
- P2 想来放,发现满了,在wait里面等了
- P3 想来放,发现满了,在wait里面等了
- C1想来拿, C2, C3 就在get里面等着
- C1开始执行, 获取1, 然后调用notify 然后退出
如果C1把C2唤醒了, 所以P2 (其他的都得等.)只能在put方法上等着. (等待获取synchoronized (this) 这个monitor)
C2 检查while循环 发现此时队列是空的, 所以就在wait里面等着
C3 也比P2先执行, 那么发现也是空的, 只能等着了. - 这时候我们发现P2 , C2, C3 都在等着锁. 最终P2 拿到了锁, 放一个1, notify,然后退出.
- P2 这个时候唤醒了P3, P3发现队列是满的,没办法,只能等它变为空.
- 这时候, 没有别的调用了, 那么现在这三个线程(P3, C2,C3)就全部变成suspend了.也就是死锁了.
Reference:
http://stackoverflow.com/questions/37026/java-notify-vs-notifyall-all-over-again