Java多线程虚假唤醒问题

Posted 2021-07-09 wen-pan

1、API解释

• obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待
• obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中挑一个唤醒
• obj.notifyAll() 让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒

问题：为什么 if会出现虚假唤醒？

因为if只会执行一次，执行完会接着向下执行if（）外边的
而while不会，直到条件满足才会向下执行while（）外边的

2、虚假唤醒

①、成员介绍

有三个角色：一个是外卖员，一个是程序员，一个是产品经理。

有两个状态：hasBillsh 和 hasDemand

static boolean hasBills = false;：表示现在有外卖订单吗？没有订单外卖员不干活。默认没有

static boolean hasDemand = false;：表示需求清单给出来了吗？没有需求清单程序员不干活。默认没有

有一把锁：static Object lock = new Object();

②、场景介绍

外卖员、程序员、产品经理这三个人上班前都需要去获取锁lock，只有获取到了锁才能正常工作。

程序员获取到锁上班时，首先检查需求清单有没有给出来，如果没有给出来，那么他就wait等待。

外卖员获取到锁上班时，首先检查一下有没有外卖订单，如果没有，那么他就wait等待。

产品经理获取到锁上班时，他会将 hasDemand的值改为true，表示他给出了需求清单，并且唤醒waitset中正在等待的线程。被唤醒的线程就可以干活了。

③、代码演示

用代码来展示上述流程！！！

public class SpuriousWakeupTest {

    // 锁
    final static Object lock = new Object();
    // 有外卖单吗
    static boolean hasBills = false;
    // 有给出需求吗
    static boolean hasDemand = false;

    public static void main(final String[] args) throws InterruptedException {

        // 外卖员
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
              	// 这里用if会有虚假唤醒问题
                if (!hasBills) {
                    System.out.println("没有外卖单，我先歇会儿.......");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (hasBills) {
                    System.out.println("接到外卖单咯，我去送单了........");
                } else {
                    System.out.println("外卖单都没有，你把我叫醒干什么???");
                }
            }
        }, "外卖员").start();

        // 程序员
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
             		// 这里用if会有虚假唤醒问题
                if (!hasDemand) {
                    System.out.println("需求清单还没给出来不写代码，我先歇会儿.......");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (hasDemand) {
                    System.out.println("需求清单给出来了，我要写代码了.......");
                } else {
                    System.out.println("需求清单都没给出来，你把我叫醒干什么???");
                }
            }
        }, "程序员").start();

      	// 主线程休息一下再让产品经理上班（产品经理上班比较晚）
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        // 产品经理，给出需求清单，这时候唤醒waitSet中正在等待的线程
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("我是产品经理，终于把需求清单弄好了，可以去交给程序员开发了.........");
                hasDemand = true;
              	// 唤醒waitset中的一个
	              lock.notify();
              	// 唤醒waitset中的所有
                //lock.notifyAll();
            }
        }, "产品经理").start();

    }
}

④、上述代码运行结果及存在的问题

1、运行结果

没有外卖单，我先歇会儿.......
需求清单还没给出来不写代码，我先歇会儿.......
我是产品经理，终于把需求清单弄好了，可以去交给程序员开发了.........
外卖单都没有，你把我叫醒干什么???

2、运行结果存在的问题

可以看到当产品经理整理好需求文档后，去唤醒waitset中的等待线程，他本来是想只唤醒程序员的，结果他使用的是lock.notify()方法，一次只能唤醒waitset中的一个，所以他很可能就将外卖员唤醒了，而不是程序员。

此时外卖员被虚假唤醒，并且由于在外卖员线程中使用的是if (!hasBills)来条件判断是否有外卖订单，当外卖员发现被虚假唤醒后，会直接结束，而不会再次继续等待了。

3、如何解决

关于lock.notify()方法一次只能唤醒一个的问题，我们可以使用lock.notifyAll()来一次唤醒waitset中所有等待的线程。

关于使用if (!hasBills)判断导致被虚假唤醒后不能继续重新等待的问题，我们可以使用while来代替if来解决这个问题。

⑤、改进后的代码

用while代替if，用notifyAll代替notify。

public class SpuriousWakeupTest {

    // 锁
    final static Object lock = new Object();
    // 有外卖单吗
    static boolean hasBills = false;
    // 有给出需求吗
    static boolean hasDemand = false;

    public static void main(final String[] args) throws InterruptedException {

        // 外卖员
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                // 使用while防止虚假唤醒
                while (!hasBills) {
                    System.out.println("没有外卖单，我先歇会儿.......");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (hasBills) {
                        System.out.println("接到外卖单咯，我去送单了........");
                    } else {
                        System.out.println("外卖单都没有，你把我叫醒干什么???");
                    }
                }
            }
        }, "外卖员").start();

        // 程序员
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                // 使用while防止虚假唤醒
                while (!hasDemand) {
                    System.out.println("需求清单还没给出来不写代码，我先歇会儿.......");
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (hasDemand) {
                        System.out.println("需求清单给出来了，我要写代码了.......");
                    } else {
                        System.out.println("需求清单都没给出来，你把我叫醒干什么???");
                    }
                }
            }
        }, "程序员").start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        // 产品经理，给出需求清单，这时候唤醒waitSet中正在等待的线程
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("我是产品经理，终于把需求清单弄好了，可以去交给程序员开发了.........");
                hasDemand = true;
              	// 一次性唤醒waitset中所有等待lock的线程(也有缺点)
                lock.notifyAll();
            }
        }, "产品经理").start();

    }
}

运行结果

没有外卖单，我先歇会儿.......
需求清单还没给出来不写代码，我先歇会儿.......
我是产品经理，终于把需求清单弄好了，可以去交给程序员开发了.........
需求清单给出来了，我要写代码了.......
外卖单都没有，你把我叫醒干什么???
没有外卖单，我先歇会儿.......

可以看到使用notifyAll + while优化后，可以正确的叫醒程序员和外卖员，并且外卖员在错误的被叫醒后仍然会再次进入等待，并不会自己结束。但是使用notifyAll也有一些问题，比如：一次性叫醒了waitset中所有等待lock锁的线程，多个线程竞争锁，反而增加了系统开销。可以使用condition或park来唤醒指定的线程进行优化。