Java線程通信及線程虛假喚醒知識總結

更新時間：2021年06月28日 10:27:26 作者：少年做自己的英雄

今天給大家?guī)淼氖顷P于Java線程的相關知識,文章圍繞著Java線程通信及線程虛假喚醒的知識展開,文中有非常詳細的介紹及代碼示例,需要的朋友可以參考下

線程通信

線程在內部運行時，線程調度具有一定的透明性，程序通常無法控制線程的輪換執(zhí)行。但Java本身提供了一些機制來保證線程協(xié)調運行。

假設目前系統(tǒng)中有兩個線程，分別代表存款和取錢。當錢存進去，立馬就取出來挪入指定賬戶。這涉及到線程間的協(xié)作，使用到Object類提供的wait()、notify()、notifyAll()三個方法，其不屬于Thread類，而屬于Object，而這三個方法必須由監(jiān)視器對象來調用：

synchronized修飾的方法，因為該類的默認實例（this）就是同步監(jiān)視器，因此可以在同步方法中直接調用
synchronized修飾的同步代碼塊，同步監(jiān)視器是synchronized括號里的對象，因此必須使用該對象來調用

三個方法解釋如下：

wait()：當前線程等待，釋放當前對象鎖，讓出CPU，直到其他線程使用notify或者notifyAll喚醒該線程
notify()：喚醒在此同步監(jiān)視器上等待的單個線程，若存在多個線程，則隨機喚醒一個。執(zhí)行了notify不會馬上釋放鎖，只有完全退出synchronized代碼塊或者中途遇到wait，呈wait狀態(tài)的線程才可以去爭取該對象鎖
notifyAll()：喚醒在此同步監(jiān)視器上的所有線程，同上。

現(xiàn)在用兩個同步方法分別代表存錢取錢

當余額為0時，進入存錢流程，執(zhí)行存錢操作后，喚醒取錢線程
當余額為0時，進入取錢流程，發(fā)現(xiàn)num==0，進入阻塞狀態(tài)，等待被喚醒

/**
     * 存一塊錢
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void increase() throws InterruptedException {
        // 當余額為1，說明已經存過錢，等待取錢。存錢方法阻塞
        if (num == 1) {
            this.wait();
        }
        // 執(zhí)行存錢操作
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        // 喚醒其他線程
        this.notifyAll();
    }
 
    /**
     * 取一塊錢
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void decrease() throws InterruptedException {
        // 當余額為0，說明已經取過錢，等待存錢。取錢方法阻塞
        if (num == 0) {
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        this.notifyAll();
    }

調用方法：

private int num = 0;
 
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.increase();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "存錢").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.decrease();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "取錢").start();
    }

結果沒有什么問題

線程虛假喚醒

上述線程通信看起來似乎沒有什么問題，但若此時將存錢和取錢的人數(shù)各增加1，再看運行結果

private int num = 0;
 
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.increase();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "存錢1").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.decrease();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "取錢1").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.increase();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "存錢2").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.decrease();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "取錢2").start();
    }

產生的結果已經不是最初的只有0和1

造成這個結果的原因就是線程間的虛假喚醒

由于目前分別有多個取款和存款線程。假設其中一個存款線程執(zhí)行完畢，并使用wait釋放同步監(jiān)視器鎖定，那其余多個取款線程將同時被喚醒，此時余額為1，如果有10個同時取錢，那余額會變?yōu)?9，造成結果錯誤。

因此，每次線程從wait中被喚醒，都必須再次測試是否符合喚醒條件，如果不符合那就繼續(xù)等待。

由于多個線程被同時喚醒，在if(xxxx){wait();}處 if判斷只會執(zhí)行一次，當下一個被喚醒的線程過來時，由于if已經判斷過，則直接從wait后面的語句繼續(xù)執(zhí)行，因此將if換成while可解決該問題，下次被喚醒的線程過來，while重新判斷一下，發(fā)現(xiàn)上一個被喚醒的線程已經拿到鎖，因此這個被虛假喚醒的線程將繼續(xù)等待鎖。

 /**
     * 存一塊錢
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void increase() throws InterruptedException {
        while (num == 1) {// 防止每次進來的喚醒線程只判斷一次造成虛假喚醒，替換成while
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        this.notifyAll();
    }
 
    /**
     * 取一塊錢
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void decrease() throws InterruptedException {
        while (num == 0) {
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        this.notifyAll();
    }

再次運行，結果正常：