wait/notify
等待线程和通知线程是同步在同一对象之上的两种线程
使用过程
//等待
synchronized(object){
//保护条件不成立时,当前线程暂停,进入等待集
while(!保护条件){ object.wait(); } doSomething(); } //唤醒 synchronized(object){ //更新等待线程保护条件涉及的共享变量 updateSharedState(); object.notify(); }
内部实现
Java虚拟机会给每个对象维护一个入口集EntrySet用于存储申请该对象内部锁的线程,和等待集WaitSet用于存储该对象上的等待线程;
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线程B获取锁
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保护条件不满足,线程B暂停,并释放锁(原子操作),将当前线程的引用存入该方法所属对象的等待集中
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线程A申请锁
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线程A获取锁
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线程A更新保护条件
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保护条件满足,唤醒等待集中任意线程
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线程B被唤醒但仍留在等待集中,尝试获取锁,成功获取锁,等待集移除线程B,Object.wait()调用返回
//wait伪代码实现
pulic void wait(){
if(Thread.holdLock(this)){ throw new IllegalMonitorStateException(); } if(waitSet.contains(Thread.currentThread())){ addToWaitSet(Thread.currentThread()); } //原子操作 atomic { releaseLock(this); //暂停当前线程 等待唤醒 block(Thread.currentThread()); } //被唤醒后 acquireLock(this); removeFromWaitSet(Thread.currentThread()); return; }
例子:监控服务/等待超时控制/Thread.join实现
wait/notify问题
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问题
wait(long)不能区分其返回是否因等待超时而导致的问题
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解决
juc包下的Condition类的awaitUtil(Date)方法(todo实现)
过早唤醒
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问题
因为一个对象只维护一个等待集,当在这个对象中的一个保护条件A被更新且成立时,调用notifyAll将会唤醒所有等待线程,这时使用其他保护条件B的等待线程甲也会被唤醒,发现自己保护条件不成立,只能继续等待。
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解决
juc包下的Condition类的await方法
信号丢失
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问题
保护条件成立判断和wait调用没有放在一个临界区内的循环里(todo)
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问题
notify唤醒不考虑任何保护条件,即notify没有成功唤醒当前等待条件上的等待线程,可能唤醒了其他保护条件的线程或一个都没唤醒,需换成notifyAll
欺骗性唤醒
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问题
等待线程没有在notify/notifyAll的情况下因操作系统导致被唤醒,导致过早唤醒,需要保护条件成立判断和wait调用放在一个临界区内的循环里
导致较多的上下文切换
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原因
- 锁的申请与释放
- 等待线程从暂停到被唤醒
- 与申请锁的Runnable线程争取相应的内部锁
- 过早唤醒的等待线程
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解决
- 保证程序正确性的前提下,notify代替notifyAll
- 通知线程执行完notify/notifyAll后尽早释放锁,导致被唤醒线程需要多次申请锁而被暂停(todo)
notify/notifyAll的选用
优点 | 缺点 | 适用 | |
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notify | 信号丢失 | 同质多等待线程 | |
notifyAll | 正确性 | 过早唤醒 |
具体案例
Thread.join()是一个同步方法,其内部就是使用wait/notify来实现,等待目标线程执行结束后再继续执行;等待线程在目标线程未结束时调用wait来暂停自己,虚拟机会在目标线程的run方法运行结束后执行notifyAll。(同步的概念是什么todo)
Condition
是wait/notify的替代品,await方法类似于wait,signal方法类似于notify,signalAll类似于notifyAll;由显示锁Lock创建,并要求其执行线程持有创建该Condition实例的显式锁。可用于解决wait(long)无法区分是因为超时等待还是被通知而返回,及过早唤醒问题。 Condition实例也被称为条件变量,内部维护一个存储等待线程的队列。
使用过程
class ConditionTest{
private final Lock lock = new ReentrantLock(); private final Condition condition = lock.newCondition(); public void awaitFunc() throws Exception{ lock.lock(); try{ while(!保护条件){ condition.await(); } doSomething(); }finally{ lock.unlock(); } } public void signalFunc(){ lock.lock(); try{ updateState(); condition.signal(); }finally{ lock.unlock(); } } }
实现原理
建立保护条件与条件变量之间的对应关系,让不同保护条件的等待线程调用对应条件变量的await方法实现等待,signal同理。