作者简介:徐隆曦,滴滴出行高级工程师。
本文选自:拉勾教育专栏《Java 并发编程 78 讲》
你好,我是徐隆曦,今天我们主要探讨一个问题:为什么 wait 必须在 synchronized 保护的同步代码中使用?
首先,我们来看第一个问题,为什么 wait 方法必须在 synchronized 保护的同步代码中使用?
我们先来看看 wait 方法的源码注释是怎么写的:
上面这段英文的意思是说,在使用 wait 方法时,必须把 wait 方法写在 synchronized 保护的 while 代码块中,并始终判断执行条件是否满足,如果满足就往下继续执行,如果不满足就执行 wait 方法,而在执行 wait 方法之前,必须先持有对象的 monitor 锁,也就是通常所说的 synchronized 锁。那么设计成这样有什么好处呢?
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我们逆向思考这个问题,如果不要求 wait 方法放在 synchronized 保护的同步代码中使用,而是可以随意调用,那么就有可能写出这样的代码:
在代码中可以看到有两个方法,give 方法负责往 buffer 中添加数据,添加完之后执行 notify 方法来唤醒之前等待的线程,而 take 方法负责检查整个 buffer 是否为空,如果为空就进入等待,如果不为空就取出一个数据,这是典型的生产者消费者的思想。
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但是这段代码并没有受 synchronized 保护,于是便有可能发生以下场景:
首先,消费者线程调用 take 方法并判断 buffer.isEmpty 方法是否返回 true,若为 true 代表buffer是空的,则线程希望进入等待,但是在线程调用 wait 方法之前,就被调度器暂停了,所以此时还没来得及执行 wait 方法。此时生产者开始运行,执行了整个 give 方法,它往 buffer 中添加了数据,并执行了 notify 方法,但 notify 并没有任何效果,因为消费者线程的 wait 方法没来得及执行,所以没有线程在等待被唤醒。此时,刚才被调度器暂停的消费者线程回来继续执行 wait 方法并进入了等待。虽然刚才消费者判断了 buffer.isEmpty 条件,但真正执行 wait 方法时,之前的buffer.isEmpty 的结果已经过期了,不再符合最新的场景了,因为这里的“判断-执行”不是一个原子操作,它在中间被打断了,是线程不安全的。
假设这时没有更多的生产者进行生产,消费者便有可能陷入无穷无尽的等待,因为它错过了刚才 give 方法内的 notify 的唤醒。
我们看到正是因为 wait 方法所在的 take 方法没有被 synchronized 保护,所以它的 while 判断和 wait 方法无法构成原子操作,那么此时整个程序就很容易出错。
我们把代码改写成源码注释所要求的被 synchronized 保护的同步代码块的形式,代码如下:
这样就可以确保 notify 方法永远不会在 buffer.isEmpty 和 wait 方法之间被调用,提升了程序的安全性。
另外,wait 方法会释放monitor锁,这也要求我们必须首先进入到 synchronized 内持有这把锁。
这里还存在一个“虚假唤醒”(spurious wakeup)的问题,线程可能在既没有被notify/notifyAll,也没有被中断或者超时的情况下被唤醒,这种唤醒是我们不希望看到的。虽然在实际生产中,虚假唤醒发生的概率很小,但是程序依然需要保证在发生虚假唤醒的时候的正确性,所以就需要采用while循环的结构:
这样即便被虚假唤醒了,也会再次检查while里面的条件,如果不满足条件,就会继续wait,也就消除了虚假唤醒的风险。
好了,本次的内容讲完了,下一课时我将讲解“有哪几种实现生产者-消费者模式的方法?”记得按时来学习哦,下次见。
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