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Java 关于wait()、notifyAll()、yield(

Java 关于wait()、notifyAll()、yield(

作者: ZuYuan | 来源:发表于2019-11-11 19:50 被阅读0次

    前言

    进入文章之前让我们知道线程的生命状态有哪些(总结自《深入理解JVM》):

    • 新建状态
    • 运行态:正在运行或者正在等待CPU分配时间片。
    • 无限期等待状态:不会被CPU分配时间片,需等待其它线程的唤醒。
    • 限期等待状态:不会被CPU分配时间片,一定时间后由系统自动唤醒。
    • 阻塞态:线程正在等待一个排他锁,其它线程持有该锁对象造成当前线程进入阻塞态,其它线程释放锁对象则当前线程会去争取锁对象,竞争成功则进入运行态。
    • 结束

    问题

    直接看代码吧,来得直接些,下面这段代码很简单,但一定要读完,下面的分析都是从上面延伸的。

    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            Thread t1 = new Thread(new T1Task());
            Thread t2 = new Thread(new T2Task());
    
            hasNext = true;
            t1.start();
            t2.start();
        }
    
        private static final Object lock = new Object();
    
        private static volatile int value = 0;
    
        private static volatile boolean hasNext = false;
    
        /**
         * 任务一 应在独立线程执行
         */
        static class T1Task implements Runnable {
    
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    while (value <= 5) {
                        System.out.println("t1 running !");
                        //等待其它线程唤醒,释放锁
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            hasNext = false;
                            System.out.println("t1 method wait() exception");
                            break;
                        }
                    }
                    //退出程序
                    hasNext = false;
                }
            }
        }
    
        /**
         * 任务二 应在独立线程执行
         */
        static class T2Task implements Runnable {
    
            @Override
            public void run() {
                //最大设置10,防止value不断增加以及指令顺序被JVM优化为 if(hasNext) while(true){ }
                while (hasNext && value <= 10) {
                    synchronized (lock) {
                        System.out.println("t2 running !");
                        //休眠,不释放锁
                        try {
                            Thread.sleep(500);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            hasNext = false;
                            System.out.println("t2 method sleep() exception");
                            break;
                        }
                        value++;
    
                        //唤醒因为lock.wait()而等待的线程
                        lock.notifyAll();
                        
                        //该方法是可变的,下面就其多种实现方式进行分析
                       //位置1 handleThreadState();
                    }
                    //位置2 handleThreadState();
                }
            }
        }
    }
    
    分析

    预测: 根据代码而言的话,应该是t1(线程)每次执行的过程中都会因为lock.wait()进入无限期等待状态,然后t2(线程)经过一段时间的休眠之后,使用lock.notifyAll()对t1进行唤醒,待t2完成一次循环之后,t1和t2则会进行锁对象的竞争,结果就应该是t1和t2的随机交替进行,直至条件退出。
    结果:

    无附加条件的结果

    发现在整个过程中t1只被执行了一次,当然不能一概而论,但是实际上t1的执行次数远小于t2的执行次数(读者可以自己进行实验),为什么呢?

    结论

    原因在于wait()方法必须在同步域内执行,这就导致t1在被t2唤醒之后进入了阻塞态,那么t2同步域执行结束之后,t1必须先从阻塞态转换为运行态再进行锁对象的竞争,线程状态的切换需要使操作系统陷入内核态才可以执行(相对耗时),而t2的生命状态无需改变,则t2的下一次执行优先级很可能大于t1。当然具体实现(为什么t1还是出现了一次?)还是靠操作系统的自身的算法,我也不能得出准确结论。

    拓展Thread.yield()

    拓展就在handleThreadState()方法中实现,我们会联想到Thread.yield()线程礼让方法,作用是是当前线程生命状态进入新建状态(就绪态),等待CPU分配时间片来执行,如同上面所说,这个过程其它线程执行的优先级很可能大于当前当前线程,因此达到了线程礼让的效果。

    实践

    将位置2的注释取消(因为位置2同步域执行已结束),如下代码:

            private void handleThreadState() {
                Thread.yield();
            }
    

    结果:

    Thread.yield()干预
    t1的执行明显多于干预前。

    拓展wait()

    wait()方法会导致当前线程释放锁对象,那么我们尝试将位置1处的注释去除,如下代码:

            private void handleThreadState() {
                try {
                    //等待10ms足够多了
                    lock.wait(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    

    结果:

    image.png
    非常明显,两个线程交替执行(不绝对),因为t2在等待的过程中释放了锁,操作系统自然就会去唤醒t1,使t1执行代码指令。

    结论

    1. lock.notifyAll()执行之后,进入等待状态的线程不会进入运行态,而是会进入阻塞态,等待持锁线程释放锁再去竞争。
    2. wait(time) 方法可以在多线程执行任务队列时采用,这样可以使得其它处于阻塞的线程极大机会获取到执行的机会,而不至于多任务被一个线程执行。
    3. Thread.yield()方法并不适合来调整线程执行顺序,因为它只是改变当前线程的状态,但并不保证其执行顺序也会改变。

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