原文作者：后端面試那些事兒

原文地址：再見面試官：為什么 wait() 方法需要寫在 while 里,而不是 if?

• 問：為什么是 while 而不是 if ？

• 問：什么時(shí)候用 notifyAll 或者 notify？

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問：為什么是 while 而不是 if ？

大多數(shù)人都知道常見的使用 synchronized 代碼:

synchronized?(obj)?{while?(check?pass)?{wait();}//?do?your?business }

那么問題是為啥這里是 while 而不是 if 呢？這個(gè)問題我最開始也想了很久，按理來(lái)說已經(jīng)在 synchronized 塊里面了嘛，就不需要了。這個(gè)也是我前面一直是這么認(rèn)為的，直到最近看了一個(gè) Stackoverflow 上的問題才對(duì)這個(gè)問題有了比較深入的理解。

試想我們要試想一個(gè)有界的隊(duì)列。那么常見的代碼可以是這樣：

static?class?Buf?{private?final?int?MAX?=?5;private?final?ArrayList<Integer>?list?=?new?ArrayList<>();synchronized?void?put(int?v)?throws?InterruptedException?{if?(list.size()?==?MAX)?{wait();}list.add(v);notifyAll();}synchronized?int?get()?throws?InterruptedException?{//?line?0if?(list.size()?==?0)?{??//?line?1wait();??//?line2//?line?3}int?v?=?list.remove(0);??//?line?4notifyAll();?//?line?5return?v;}synchronized?int?size()?{return?list.size();} }

注意到這里用的 if，那么我們來(lái)看看它會(huì)報(bào)什么錯(cuò)呢？下面的代碼用了 1 個(gè)線程來(lái) put，10 個(gè)線程來(lái) get：

final?Buf?buf?=?new?Buf(); ExecutorService?es?=?Executors.newFixedThreadPool(11); for?(int?i?=?0;?i?<?1;?i++) es.execute(new?Runnable()?{@Overridepublic?void?run()?{while?(true?)?{try?{buf.put(1);Thread.sleep(20);}catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();break;}}} }); for?(int?i?=?0;?i?<?10;?i++)?{es.execute(new?Runnable()?{@Overridepublic?void?run()?{while?(true?)?{try?{buf.get();Thread.sleep(10);}catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();break;}}}}); }es.shutdown(); es.awaitTermination(1,?TimeUnit.DAYS);

這段代碼很快或者說一開始就會(huì)報(bào)錯(cuò)：

java.lang.IndexOutOfBoundsException:?Index:?0,?Size:?0 at?java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:653) at?java.util.ArrayList.remove(ArrayList.java:492) at?TestWhileWaitBuf.get(TestWhileWait.java:80)atTestWhileWait2.run(TestWhileWait.java:47) at?java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142) at?java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617) at?java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

很明顯，在 remove 的時(shí)候報(bào)錯(cuò)了。那么我們來(lái)分析下：

假設(shè)現(xiàn)在有 A，B 兩個(gè)線程來(lái)執(zhí)行 get 操作，我們假設(shè)如下的步驟發(fā)生了：

\1. A 拿到了鎖 line 0。

\2. A 發(fā)現(xiàn) size==0, (line 1)，然后進(jìn)入等待，并釋放鎖 (line 2)。

\3. 此時(shí) B 拿到了鎖，line0，發(fā)現(xiàn) size==0，(line 1)，然后進(jìn)入等待，并釋放鎖 (line 2)。

\4. 這個(gè)時(shí)候有個(gè)線程 C 往里面加了個(gè)數(shù)據(jù) 1，那么 notifyAll 所有的等待的線程都被喚醒了。

\5. AB 重新獲取鎖，假設(shè)又是 A 拿到了。然后他就走到 line 3，移除了一個(gè)數(shù)據(jù)，(line4) 沒有問題。

\6. A 移除數(shù)據(jù)后想通知?jiǎng)e人，此時(shí) list 的大小有了變化，于是調(diào)用了 notifyAll (line5)，這個(gè)時(shí)候就把 B 給喚醒了，那么 B 接著往下走。

\7. 這時(shí)候 B 就出問題了，因?yàn)槠鋵?shí)此時(shí)的競(jìng)態(tài)條件已經(jīng)不滿足了 (size==0)。B 以為還可以刪除就嘗試去刪除，結(jié)果就跑了異常了。

那么 fix 很簡(jiǎn)單，在 get 的時(shí)候加上 while 就好了：

synchronized?int?get()?throws?InterruptedException?{while?(list.size()?==?0)?{wait();}int?v?=?list.remove(0);notifyAll();return?v;}

同樣的，我們可以嘗試修改 put 的線程數(shù)和 get 的線程數(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)如果 put 里面不是 while 的話也是不行的。

我們可以用一個(gè)外部周期性任務(wù)來(lái)打印當(dāng)前 list 的大小，你會(huì)發(fā)現(xiàn)大小并不是固定的最大5：

final?Buf?buf?=?new?Buf(); ExecutorService?es?=?Executors.newFixedThreadPool(11); ScheduledExecutorService?printer?=?Executors.newScheduledThreadPool(1); printer.scheduleAtFixedRate(new?Runnable()?{@Overridepublic?void?run()?{System.out.println(buf.size());} },?0,?1,?TimeUnit.SECONDS); for?(int?i?=?0;?i?<?10;?i++) es.execute(new?Runnable()?{@Overridepublic?void?run()?{while?(true?)?{try?{buf.put(1);Thread.sleep(200);}catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();break;}}} }); for?(int?i?=?0;?i?<?1;?i++)?{es.execute(new?Runnable()?{@Overridepublic?void?run()?{while?(true?)?{try?{buf.get();Thread.sleep(100);}catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();break;}}}}); }es.shutdown(); es.awaitTermination(1,?TimeUnit.DAYS);

這里我想應(yīng)該說清楚了為啥必須是 while 還是 if 了。

問：什么時(shí)候用 notifyAll 或者 notify？

大多數(shù)人都會(huì)這么告訴你，當(dāng)你想要通知所有人的時(shí)候就用 notifyAll，當(dāng)你只想通知一個(gè)人的時(shí)候就用 notify。但是我們都知道 notify 實(shí)際上我們是沒法決定到底通知誰(shuí)的(都是從等待集合里面選一個(gè))。那這個(gè)還有什么存在的意義呢？

在上面的例子中，我們用到了 notifyAll，那么下面我們來(lái)看下用 notify 是否可以工作呢？

synchronized?void?put(int?v)?throws?InterruptedException?{if?(list.size()?==?MAX)?{wait();}list.add(v);notify();}synchronized?int?get()?throws?InterruptedException?{while?(list.size()?==?0)?{wait();}int?v?=?list.remove(0);notify();return?v;}

下面的幾點(diǎn)是 jvm 告訴我們的：

任何時(shí)候，被喚醒的來(lái)執(zhí)行的線程是不可預(yù)知。比如有 5 個(gè)線程都在一個(gè)對(duì)象上，實(shí)際上我不知道 下一個(gè)哪個(gè)線程會(huì)被執(zhí)行。

synchronized 語(yǔ)義實(shí)現(xiàn)了有且只有一個(gè)線程可以執(zhí)行同步塊里面的代碼。

那么我們假設(shè)下面的場(chǎng)景就會(huì)導(dǎo)致死鎖：

P – 生產(chǎn)者 調(diào)用 put。C – 消費(fèi)者 調(diào)用 get。

P1 放了一個(gè)數(shù)字1。

P2 想來(lái)放，發(fā)現(xiàn)滿了，在wait里面等了。

P3 想來(lái)放，發(fā)現(xiàn)滿了，在 wait 里面等了。

C1 想來(lái)拿，C2，C3 就在 get 里面等著。

C1 開始執(zhí)行，獲取1，然后調(diào)用 notify 然后退出。

• 如果 C1 把 C2 喚醒了，所以P2 (其他的都得等)只能在put方法上等著。(等待獲取synchoronized (this) 這個(gè)monitor)。

• C2 檢查 while 循環(huán)發(fā)現(xiàn)此時(shí)隊(duì)列是空的，所以就在 wait 里面等著。

• C3 也比 P2 先執(zhí)行，那么發(fā)現(xiàn)也是空的，只能等著了。

這時(shí)候我們發(fā)現(xiàn) P2、C2、C3 都在等著鎖，最終 P2 拿到了鎖，放一個(gè) 1，notify，然后退出。

P2 這個(gè)時(shí)候喚醒了P3，P3發(fā)現(xiàn)隊(duì)列是滿的，沒辦法，只能等它變?yōu)榭铡?/p>

這時(shí)候沒有別的調(diào)用了，那么現(xiàn)在這三個(gè)線程(P3, C2,C3)就全部變成 suspend 了，也就是死鎖了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程—为什么 wait() 方法需要写在 while 里,而不是 if?的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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