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，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”為什么不用Wait和Notify”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

1.notify 線程“假死”

所謂的線程“假死”是指，在使用 notify  喚醒多個等待的線程時，卻意外的喚醒了一個沒有“準備好”的線程，從而導致整個程序進入了阻塞的狀態不能繼續執行。

以多線程編程中的經典案例生產者和消費者模型為例，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  來實現一個簡單的生產者和消費者模型，為了讓代碼更直觀，我這里寫一個超級簡單的實現版本。我們先來創建一個工廠類，工廠類里面包含兩個方法，一個是循環生產數據的(存入)方法，另一個是循環消費數據的(取出)方法，實現代碼如下。

/**  * 工廠類,消費者和生產者通過調用工廠類實現生產/消費  */ class Factory {     private int[] items = new int[1]; // 數據存儲容器(為了演示方便,設置容量最多存儲 1 個元素)     private int size = 0;             // 實際存儲大小      /**      * 生產方法      */     public synchronized void put() throws InterruptedException {         // 循環生產數據         do {             while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判斷                 // 存儲的容量已經滿了,阻塞等待消費者消費之后喚醒                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進入阻塞");                 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,設置固定值             size++;             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作");             // 當生產隊列有數據之后通知喚醒消費者             this.notify();          } while (true);     }      /**      * 消費方法      */     public synchronized void take() throws InterruptedException {         // 循環消費數據         do {             while (size == 0) {                 // 生產者沒有數據,阻塞等待                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進入阻塞(消費者)");                 this.wait();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒(消費者)");             }             System.out.println("消費者工作~");             size--;             // 喚醒生產者可以添加生產了             this.notify();         } while (true);     } }

接下來我們來創建兩個線程，一個是生產者調用 put 方法，另一個是消費者調用 take 方法，實現代碼如下：

public class NotifyDemo {     public static void main(String[] args) {         // 創建工廠類         Factory factory = new Factory();          // 生產者         Thread producer = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生產者");         producer.start();          // 消費者         Thread consumer = new Thread(() -> {             try {                 factory.take();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "消費者");         consumer.start();     } }

執行結果如下：

從上述結果可以看出，生產者和消費者在循環交替的執行任務，場面非常和諧，是我們想要的正確結果。

1.2 線程“假死”版本

當只有一個生產者和一個消費者時，wait 和 notify  方法不會有任何問題，然而**將生產者增加到兩個時就會出現線程“假死”的問題了，**程序的實現代碼如下：

public class NotifyDemo {     public static void main(String[] args) {   // 創建工廠方法（工廠類的代碼不變，這里不再復述）         Factory factory = new Factory();          // 生產者         Thread producer = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生產者");         producer.start();          // 生產者 2         Thread producer2 = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生產者2");         producer2.start();                  // 消費者         Thread consumer = new Thread(() -> {             try {                 factory.take();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "消費者");         consumer.start();     } }

程序執行結果如下：

從以上結果可以看出，當我們將生產者的數量增加到  2 個時，就會造成線程“假死”阻塞執行的問題，當生產者 2 被喚醒又被阻塞之后，整個程序就不能繼續執行了。

線程“假死”問題分析

我們先把以上程序的執行步驟標注一下，得到如下結果：

從上圖可以看出：當執行到第 ④  步時，此時生產者為工作狀態，而生產者 2  和消費者為等待狀態，此時正確的做法應該是喚醒消費著進行消費，然后消費者消費完之后再喚醒生產者繼續工作;但此時生產者卻錯誤的喚醒了生產者 2，而生產者 2  因為隊列已經滿了，所以自身并不具備繼續執行的能力，因此就導致了整個程序的阻塞，流程圖如下所示：

正確執行流程應該是這樣的：

1.3 使用 Condition

為了解決線程的“假死”問題，我們可以使用 Condition 來嘗試實現一下，Condition 是  JUC(java.util.concurrent)包下的類，需要使用 Lock 鎖來創建，Condition 提供了 3 個重要的方法：

• await：對應 wait 方法;

• signal：對應 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行等待和喚醒操作，Condition 的基礎用法如下：

// 創建 Condition 對象 Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); // 加鎖 lock.lock(); try {     // 業務方法....          // 1.進入等待狀態     condition.await();      // 2.喚醒操作     condition.signal(); } catch (InterruptedException e) {     e.printStackTrace(); } finally {     lock.unlock(); }

小知識：Lock的正確使用姿勢

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，可能由于其它方法拋出異常，導致在 finally 代碼塊中， unlock 對未加鎖的對象解鎖，它會調用 AQS 的 tryRelease  方法(取決于具體實現類)，拋出 IllegalMonitorStateException 異常。

回歸主題

回到本文的主題，我們如果使用 Condition 來實現線程的通訊就可以避免程序的“假死”情況，因為 Condition  可以創建多個等待集，以本文的生產者和消費者模型為例，我們可以使用兩個等待集，一個用做消費者的等待和喚醒，另一個用來喚醒生產者，這樣就不會出現生產者喚醒生產者的情況了(生產者只能喚醒消費者，消費者只能喚醒生產者)這樣整個流程就不會“假死”了，它的執行流程如下圖所示：

了解了它的基本流程之后，咱們來看具體的實現代碼。

基于 Condition 的工廠實現代碼如下：

class FactoryByCondition {     private int[] items = new int[1]; // 數據存儲容器(為了演示方便,設置容量最多存儲 1 個元素)     private int size = 0;             // 實際存儲大小     // 創建 Condition 對象     private Lock lock = new ReentrantLock();     // 生產者的 Condition 對象     private Condition producerCondition = lock.newCondition();     // 消費者的 Condition 對象     private Condition consumerCondition = lock.newCondition();      /**      * 生產方法      */     public void put() throws InterruptedException {         // 循環生產數據         do {             lock.lock();             while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判斷                 // 生產者進入等待                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進入阻塞");                 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,設置固定值             size++;             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作");             // 喚醒消費者             consumerCondition.signal();             try {             } finally {                 lock.unlock();             }         } while (true);     }      /**      * 消費方法      */     public void take() throws InterruptedException {         // 循環消費數據         do {             lock.lock();             while (size == 0) {                 // 消費者阻塞等待                 consumerCondition.await();             }             System.out.println("消費者工作~");             size--;             // 喚醒生產者             producerCondition.signal();             try {             } finally {                 lock.unlock();             }         } while (true);     } }

兩個生產者和一個消費者的實現代碼如下：

public class NotifyDemo {     public static void main(String[] args) {         FactoryByCondition factory = new FactoryByCondition();          // 生產者         Thread producer = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生產者");         producer.start();          // 生產者 2         Thread producer2 = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生產者2");         producer2.start();          // 消費者         Thread consumer = new Thread(() -> {             try {                 factory.take();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "消費者");         consumer.start();     } }

程序的執行結果如下圖所示：

從上述結果可以看出，當使用 Condition  時，生產者、消費者、生產者 2 會一直交替循環執行，執行結果符合我們的預期。

2.性能問題

在上面我們演示 notify 會造成線程的“假死”問題的時候，一定有朋友會想到，如果把 notify 換成 notifyAll  線程就不會“假死”了。

這樣做法確實可以解決線程“假死”的問題，但同時會到來新的性能問題，空說無憑，直接上代碼展示。

以下是使用 wait 和 notifyAll 改進后的代碼：

/**  * 工廠類,消費者和生產者通過調用工廠類實現生產/消費功能.  */ class Factory {     private int[] items = new int[1];   // 數據存儲容器(為了演示方便,設置容量最多存儲 1 個元素)     private int size = 0;               // 實際存儲大小      /**      * 生產方法      * @throws InterruptedException      */     public synchronized void put() throws InterruptedException {         // 循環生產數據         do {             while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判斷                 // 存儲的容量已經滿了,阻塞等待消費者消費之后喚醒                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進入阻塞");                 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);     }      /**      * 消費方法      * @throws InterruptedException      */     public synchronized void take() throws InterruptedException {         // 循環消費數據         do {             while (size == 0) {                 // 生產者沒有數據,阻塞等待                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 進入阻塞(消費者)");                 this.wait();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒(消費者)");             }             System.out.println("消費者工作~");             size--;             // 喚醒所有線程             this.notifyAll();         } while (true);     } }

依舊是兩個生產者加一個消費者，實現代碼如下：

public static void main(String[] args) {     Factory factory = new Factory();     // 生產者     Thread producer = new Thread(() -> {         try {             factory.put();         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     }, "生產者");     producer.start();      // 生產者 2     Thread producer2 = new Thread(() -> {         try {             factory.put();         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     }, "生產者2");     producer2.start();      // 消費者     Thread consumer = new Thread(() -> {         try {             factory.take();         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     }, "消費者");     consumer.start(); }

執行的結果如下圖所示：

通過以上結果可以看出：當我們調用  notifyAll  時確實不會造成線程“假死”了，但會造成所有的生產者都被喚醒了，但因為待執行的任務只有一個，因此被喚醒的所有生產者中，只有一個會執行正確的工作，而另一個則是啥也不干，然后又進入等待狀態，這種行為對于整個程序來說，無疑是多此一舉，只會增加線程調度的開銷，從而導致整個程序的性能下降。

反觀 Condition 的 await 和 signal 方法，即使有多個生產者，程序也只會喚醒一個有效的生產者進行工作，如下圖所示：

生產者和生產者 2  依次會被交替的喚醒進行工作，所以這樣執行時并沒有任何多余的開銷，從而相比于 notifyAll 而言整個程序的性能會提升不少。

到此，關于“為什么不用Wait和Notify”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！