Java 关于wait()、notifyAll()、yield()的一个问题分析

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。
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 217,826评论 6 506
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,968评论 3 395
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 164,234评论 0 354
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,562评论 1 293
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,611评论 6 392
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,482评论 1 302
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,271评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,166评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,608评论 1 314
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,814评论 3 336
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,926评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,644评论 5 346
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,249评论 3 329
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,866评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,991评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,063评论 3 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,871评论 2 354

推荐阅读更多精彩内容

  • 1. cpu通过时间片分配算法来循环执行任务,当前任务执行一个时间片后会切换到下一任务。但是,再切换之前会保存上一...
    冰与河豚鱼阅读 668评论 0 0
  • Java多线程学习 [-] 一扩展javalangThread类 二实现javalangRunnable接口 三T...
    影驰阅读 2,957评论 1 18
  • 本文主要讲了java中多线程的使用方法、线程同步、线程数据传递、线程状态及相应的一些线程函数用法、概述等。 首先讲...
    李欣阳阅读 2,454评论 1 15
  • 一、线程状态转换新建(New)可运行(Runnable)阻塞(Blocking)无限期等待(Waiting)限期等...
    达微阅读 586评论 1 2
  • Java SE 基础: 封装、继承、多态 封装: 概念:就是把对象的属性和操作(或服务)结合为一个独立的整体,并尽...
    Jayden_Cao阅读 2,109评论 0 8