多线程（51）忙等待

忙等待（Busy-waiting）是一种同步机制，其中一个进程或线程重复检查某个条件是否满足以便继续执行，而不是进入休眠或阻塞状态。这个条件通常与某种资源或锁的可用性有关。忙等待常常与自旋锁相关联，因为自旋锁就是通过忙等待来检查锁的状态。

为什么要避免忙等待？

CPU资源浪费：忙等待会占用处理器资源进行无意义的循环检查，而不释放处理器去执行其他可能的任务。
效率低下：特别是在单处理器系统中，忙等待的线程会阻塞其他线程的执行，使得整体系统效率降低。
响应时间延迟：忙等待会导致线程响应其他任务的延迟，因为它们被固定在检查条件上。

忙等待示例

下面是一个忙等待的简单示例，我们模拟一个场景，某个线程需要等待一个信号（变量signal）被另一个线程设置为true。

public class BusyWaitExample {private static volatile boolean signal = false;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread waitingThread = new Thread(() -> {// 忙等待直到 signal 变为 truewhile (!signal) {// 忙等待循环体通常为空或者执行非阻塞操作}System.out.println("Signal received. Waiting thread is proceeding.");});Thread signallingThread = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(2000); // 模拟计算或其他操作} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}signal = true; // 发送信号System.out.println("Signal sent.");});waitingThread.start();signallingThread.start();waitingThread.join();signallingThread.join();}
}

在这个例子中，waitingThread就是在进行忙等待。在signal变量被设置为true之前，它不停地检查signal的值而不做任何实际工作。

如何避免忙等待？

通常，我们可以通过使用某种阻塞机制（如等待/通知机制、信号量、互斥锁等）来避免忙等待。在Java中，可以使用wait()和notify()或notifyAll()方法，或者使用java.util.concurrent包中的工具类如Locks和Conditions。

下面的代码展示了如何使用wait()和notify()来避免忙等待：

public class WaitNotifyExample {private static final Object lock = new Object();private static boolean signal = false;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread waitingThread = new Thread(() -> {synchronized (lock) {while (!signal) {try {lock.wait(); // 阻塞而不是忙等待} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("Signal received. Waiting thread is proceeding.");}});Thread signallingThread = new Thread(() -> {synchronized (lock) {try {Thread.sleep(2000); // 模拟计算或其他操作} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}signal = true; // 发送信号lock.notify(); // 通知等待的线程System.out.println("Signal sent.");}});waitingThread.start();signallingThread.start();waitingThread.join();signallingThread.join();}
}