作者 | 王磊

來源 | Java中文社群（ID：javacn666）

轉載請聯系授權（微信ID：GG_Stone）

Condition 是 JDK 1.5 中提供的用來替代 wait 和 notify 的線程通訊方法，那么一定會有人問：為什么不能用 wait 和 notify 了？ 哥們我用的好好的。老弟別著急，聽我給你細說...

之所以推薦使用 Condition 而非 Object 中的 wait 和 notify?的原因有兩個：

使用 notify 在極端環境下會造成線程“假死”；

Condition 性能更高。

接下來怎們就用代碼和流程圖的方式來演示上述的兩種情況。

1.notify 線程“假死”

所謂的線程“假死”是指，在使用 notify 喚醒多個等待的線程時，卻意外的喚醒了一個沒有“準備好”的線程，從而導致整個程序進入了阻塞的狀態不能繼續執行。

以多線程編程中的經典案例生產者和消費者模型為例，我們先來演示一下線程“假死”的問題。

1.1 正常版本

在演示線程“假死”的問題之前，我們先使用 wait?和 notify?來實現一個簡單的生產者和消費者模型，為了讓代碼更直觀，我這里寫一個超級簡單的實現版本。我們先來創建一個工廠類，工廠類里面包含兩個方法，一個是循環生產數據的（存入）方法，另一個是循環消費數據的（取出）方法，實現代碼如下。

/***?工廠類,消費者和生產者通過調用工廠類實現生產/消費*/ class?Factory?{private?int[]?items?=?new?int[1];?//?數據存儲容器(為了演示方便,設置容量最多存儲?1?個元素)private?int?size?=?0;?????????????//?實際存儲大小/***?生產方法*/public?synchronized?void?put()?throws?InterruptedException?{//?循環生產數據do?{while?(size?==?items.length)?{?//?注意不能是?if?判斷//?存儲的容量已經滿了,阻塞等待消費者消費之后喚醒System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?進入阻塞");this.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?被喚醒");}System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?開始工作");items[0]?=?1;?//?為了方便演示,設置固定值size++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?完成工作");//?當生產隊列有數據之后通知喚醒消費者this.notify();}?while?(true);}/***?消費方法*/public?synchronized?void?take()?throws?InterruptedException?{//?循環消費數據do?{while?(size?==?0)?{//?生產者沒有數據,阻塞等待System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?進入阻塞(消費者)");this.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?被喚醒(消費者)");}System.out.println("消費者工作~");size--;//?喚醒生產者可以添加生產了this.notify();}?while?(true);} }

接下來我們來創建兩個線程，一個是生產者調用 put?方法，另一個是消費者調用 take?方法，實現代碼如下：

public?class?NotifyDemo?{public?static?void?main(String[]?args)?{//?創建工廠類Factory?factory?=?new?Factory();//?生產者Thread?producer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.put();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"生產者");producer.start();//?消費者Thread?consumer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.take();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"消費者");consumer.start();} }

執行結果如下：從上述結果可以看出，生產者和消費者在循環交替的執行任務，場面非常和諧，是我們想要的正確結果。

1.2 線程“假死”版本

當只有一個生產者和一個消費者時，wait 和 notify?方法不會有任何問題，然而將生產者增加到兩個時就會出現線程“假死”的問題了，程序的實現代碼如下：

public?class?NotifyDemo?{public?static?void?main(String[]?args)?{//?創建工廠方法（工廠類的代碼不變，這里不再復述）Factory?factory?=?new?Factory();//?生產者Thread?producer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.put();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"生產者");producer.start();//?生產者?2Thread?producer2?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.put();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"生產者2");producer2.start();//?消費者Thread?consumer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.take();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"消費者");consumer.start();} }

程序執行結果如下：從以上結果可以看出，當我們將生產者的數量增加到 2 個時，就會造成線程“假死”阻塞執行的問題，當生產者 2 被喚醒又被阻塞之后，整個程序就不能繼續執行了。

線程“假死”問題分析

我們先把以上程序的執行步驟標注一下，得到如下結果：從上圖可以看出：當執行到第 ④ 步時，此時生產者為工作狀態，而生產者 2 和消費者為等待狀態，此時正確的做法應該是喚醒消費著進行消費，然后消費者消費完之后再喚醒生產者繼續工作；但此時生產者卻錯誤的喚醒了生產者 2，而生產者 2 因為隊列已經滿了，所以自身并不具備繼續執行的能力，因此就導致了整個程序的阻塞，流程圖如下所示：

正確執行流程應該是這樣的：

1.3 使用 Condition

為了解決線程的“假死”問題，我們可以使用 Condition?來嘗試實現一下，Condition 是 JUC（java.util.concurrent）包下的類，需要使用 Lock 鎖來創建，Condition 提供了 3 個重要的方法：

• await：對應 wait?方法；

• signal：對應 notify 方法；

• signalAll： notifyAll?方法。

Condition?的使用和 wait/notify?類似，也是先獲得鎖然后在鎖中進行等待和喚醒操作，Condition?的基礎用法如下：

//?創建?Condition?對象 Lock?lock?=?new?ReentrantLock(); Condition?condition?=?lock.newCondition(); //?加鎖 lock.lock(); try?{//?業務方法....//?1.進入等待狀態condition.await();//?2.喚醒操作condition.signal(); }?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace(); }?finally?{lock.unlock(); }

小知識：Lock的正確使用姿勢

切記 Lock?的 lock.lock()?方法不能放入 try?代碼中，如果 lock 方法在 try 代碼塊之內，可能由于其它方法拋出異常，導致在 finally 代碼塊中， unlock 對未加鎖的對象解鎖，它會調用 AQS 的 tryRelease 方法（取決于具體實現類），拋出 IllegalMonitorStateException 異常。

回歸主題

回到本文的主題，我們如果使用 Condition?來實現線程的通訊就可以避免程序的“假死”情況，因為 Condition?可以創建多個等待集，以本文的生產者和消費者模型為例，我們可以使用兩個等待集，一個用做消費者的等待和喚醒，另一個用來喚醒生產者，這樣就不會出現生產者喚醒生產者的情況了（生產者只能喚醒消費者，消費者只能喚醒生產者）這樣整個流程就不會“假死”了，它的執行流程如下圖所示：了解了它的基本流程之后，咱們來看具體的實現代碼。

基于 Condition?的工廠實現代碼如下：

class?FactoryByCondition?{private?int[]?items?=?new?int[1];?//?數據存儲容器(為了演示方便,設置容量最多存儲?1?個元素)private?int?size?=?0;?????????????//?實際存儲大小//?創建?Condition?對象private?Lock?lock?=?new?ReentrantLock();//?生產者的?Condition?對象private?Condition?producerCondition?=?lock.newCondition();//?消費者的?Condition?對象private?Condition?consumerCondition?=?lock.newCondition();/***?生產方法*/public?void?put()?throws?InterruptedException?{//?循環生產數據do?{lock.lock();while?(size?==?items.length)?{?//?注意不能是?if?判斷//?生產者進入等待System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?進入阻塞");producerCondition.await();System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?被喚醒");}System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?開始工作");items[0]?=?1;?//?為了方便演示,設置固定值size++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?完成工作");//?喚醒消費者consumerCondition.signal();try?{}?finally?{lock.unlock();}}?while?(true);}/***?消費方法*/public?void?take()?throws?InterruptedException?{//?循環消費數據do?{lock.lock();while?(size?==?0)?{//?消費者阻塞等待consumerCondition.await();}System.out.println("消費者工作~");size--;//?喚醒生產者producerCondition.signal();try?{}?finally?{lock.unlock();}}?while?(true);} }

兩個生產者和一個消費者的實現代碼如下：

public?class?NotifyDemo?{public?static?void?main(String[]?args)?{FactoryByCondition?factory?=?new?FactoryByCondition();//?生產者Thread?producer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.put();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"生產者");producer.start();//?生產者?2Thread?producer2?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.put();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"生產者2");producer2.start();//?消費者Thread?consumer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.take();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"消費者");consumer.start();} }

程序的執行結果如下圖所示：從上述結果可以看出，當使用 Condition?時，生產者、消費者、生產者 2 會一直交替循環執行，執行結果符合我們的預期。

2.性能問題

在上面我們演示 notify?會造成線程的“假死”問題的時候，一定有朋友會想到，如果把 notify?換成 notifyAll?線程就不會“假死”了。

這樣做法確實可以解決線程“假死”的問題，但同時會到來新的性能問題，空說無憑，直接上代碼展示。

以下是使用 wait 和 notifyAll 改進后的代碼：

/***?工廠類,消費者和生產者通過調用工廠類實現生產/消費功能.*/ class?Factory?{private?int[]?items?=?new?int[1];???//?數據存儲容器(為了演示方便,設置容量最多存儲?1?個元素)private?int?size?=?0;???????????????//?實際存儲大小/***?生產方法*?@throws?InterruptedException*/public?synchronized?void?put()?throws?InterruptedException?{//?循環生產數據do?{while?(size?==?items.length)?{?//?注意不能是?if?判斷//?存儲的容量已經滿了,阻塞等待消費者消費之后喚醒System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?進入阻塞");this.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?被喚醒");}System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?開始工作");items[0]?=?1;?//?為了方便演示,設置固定值size++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?完成工作");//?喚醒所有線程this.notifyAll();}?while?(true);}/***?消費方法*?@throws?InterruptedException*/public?synchronized?void?take()?throws?InterruptedException?{//?循環消費數據do?{while?(size?==?0)?{//?生產者沒有數據,阻塞等待System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?進入阻塞(消費者)");this.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?"?被喚醒(消費者)");}System.out.println("消費者工作~");size--;//?喚醒所有線程this.notifyAll();}?while?(true);} }

依舊是兩個生產者加一個消費者，實現代碼如下：

public?static?void?main(String[]?args)?{Factory?factory?=?new?Factory();//?生產者Thread?producer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.put();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"生產者");producer.start();//?生產者?2Thread?producer2?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.put();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"生產者2");producer2.start();//?消費者Thread?consumer?=?new?Thread(()?->?{try?{factory.take();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}},?"消費者");consumer.start(); }

執行的結果如下圖所示：通過以上結果可以看出：當我們調用 notifyAll?時確實不會造成線程“假死”了，但會造成所有的生產者都被喚醒了，但因為待執行的任務只有一個，因此被喚醒的所有生產者中，只有一個會執行正確的工作，而另一個則是啥也不干，然后又進入等待狀態，這就行為對于整個程序來說，無疑是多此一舉，只會增加線程調度的開銷，從而導致整個程序的性能下降。

反觀 Condition?的 await?和 signal?方法，即使有多個生產者，程序也只會喚醒一個有效的生產者進行工作，如下圖所示：生產者和生產者 2 依次會被交替的喚醒進行工作，所以這樣執行時并沒有任何多余的開銷，從而相比于 notifyAll?而言整個程序的性能會提升不少。

總結

本文我們通過代碼和流程圖的方式演示了 wait?方法和 notify/notifyAll?方法的使用缺陷，它的缺陷主要有兩個，一個是在極端環境下使用 notify?會造成程序“假死”的情況，另一個就是使用 notifyAll?會造成性能下降的問題，因此在進行線程通訊時，強烈建議使用 Condition?類來實現。

PS：有人可能會問為什么不用 Condition 的 signalAll 和 notifyAll 進行性能對比？而使用 signal 和 notifyAll 進行對比？我只想說，既然使用 signal 可以實現此功能，為什么還要使用 signalAll 呢？這就好比在有暖氣的 25 度的房間里，穿一件短袖就可以了，為什么還要穿一件棉襖呢？

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的求求你，别再用wait和notify了！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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