为什么不用Wait和Notify

这篇文章主要介绍“为什么不用Wait和Notify”，在日常操作中，相信很多人在为什么不用Wait和Notify问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”为什么不用Wait和Notify”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！

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1.notify 线程“假死”

所谓的线程“假死”是指，在使用 notify  唤醒多个等待的线程时，却意外的唤醒了一个没有“准备好”的线程，从而导致整个程序进入了阻塞的状态不能继续执行。

以多线程编程中的经典案例生产者和消费者模型为例，我们先来演示一下线程“假死”的问题。

1.1 正常版本

在演示线程“假死”的问题之前，我们先使用 wait 和 notify  来实现一个简单的生产者和消费者模型，为了让代码更直观，我这里写一个超级简单的实现版本。我们先来创建一个工厂类，工厂类里面包含两个方法，一个是循环生产数据的(存入)方法，另一个是循环消费数据的(取出)方法，实现代码如下。

/**  * 工厂类,消费者和生产者通过调用工厂类实现生产/消费  */ class Factory {     private int[] items = new int[1]; // 数据存储容器(为了演示方便,设置容量最多存储 1 个元素)     private int size = 0;             // 实际存储大小      /**      * 生产方法      */     public synchronized void put() throws InterruptedException {         // 循环生产数据         do {             while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判断                 // 存储的容量已经满了,阻塞等待消费者消费之后唤醒                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入阻塞");                 this.wait();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒");             }             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始工作");             items[0] = 1; // 为了方便演示,设置固定值             size++;             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作");             // 当生产队列有数据之后通知唤醒消费者             this.notify();          } while (true);     }      /**      * 消费方法      */     public synchronized void take() throws InterruptedException {         // 循环消费数据         do {             while (size == 0) {                 // 生产者没有数据,阻塞等待                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入阻塞(消费者)");                 this.wait();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒(消费者)");             }             System.out.println("消费者工作~");             size--;             // 唤醒生产者可以添加生产了             this.notify();         } while (true);     } }

接下来我们来创建两个线程，一个是生产者调用 put 方法，另一个是消费者调用 take 方法，实现代码如下：

public class NotifyDemo {     public static void main(String[] args) {         // 创建工厂类         Factory factory = new Factory();          // 生产者         Thread producer = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生产者");         producer.start();          // 消费者         Thread consumer = new Thread(() -> {             try {                 factory.take();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "消费者");         consumer.start();     } }

执行结果如下：

从上述结果可以看出，生产者和消费者在循环交替的执行任务，场面非常和谐，是我们想要的正确结果。

1.2 线程“假死”版本

当只有一个生产者和一个消费者时，wait 和 notify  方法不会有任何问题，然而**将生产者增加到两个时就会出现线程“假死”的问题了，**程序的实现代码如下：

public class NotifyDemo {     public static void main(String[] args) {   // 创建工厂方法（工厂类的代码不变，这里不再复述）         Factory factory = new Factory();          // 生产者         Thread producer = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生产者");         producer.start();          // 生产者 2         Thread producer2 = new Thread(() -> {             try {                 factory.put();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "生产者2");         producer2.start();                  // 消费者         Thread consumer = new Thread(() -> {             try {                 factory.take();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }, "消费者");         consumer.start();     } }

程序执行结果如下：

从以上结果可以看出，当我们将生产者的数量增加到  2 个时，就会造成线程“假死”阻塞执行的问题，当生产者 2 被唤醒又被阻塞之后，整个程序就不能继续执行了。

线程“假死”问题分析

我们先把以上程序的执行步骤标注一下，得到如下结果：

从上图可以看出：当执行到第 ④  步时，此时生产者为工作状态，而生产者 2  和消费者为等待状态，此时正确的做法应该是唤醒消费着进行消费，然后消费者消费完之后再唤醒生产者继续工作;但此时生产者却错误的唤醒了生产者 2，而生产者 2  因为队列已经满了，所以自身并不具备继续执行的能力，因此就导致了整个程序的阻塞，流程图如下所示：

正确执行流程应该是这样的：

1.3 使用 Condition

为了解决线程的“假死”问题，我们可以使用 Condition 来尝试实现一下，Condition 是  JUC(java.util.concurrent)包下的类，需要使用 Lock 锁来创建，Condition 提供了 3 个重要的方法：

• await：对应 wait 方法;

• signal：对应 notify 方法;

• signalAll： notifyAll 方法。

Condition 的使用和 wait/notify 类似，也是先获得锁然后在锁中进行等待和唤醒操作，Condition 的基础用法如下：

// 创建 Condition 对象 Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); // 加锁 lock.lock(); try {     // 业务方法....          // 1.进入等待状态     condition.await();      // 2.唤醒操作     condition.signal(); } catch (InterruptedException e) {     e.printStackTrace(); } finally {     lock.unlock(); }

小知识：Lock的正确使用姿势

切记 Lock 的 lock.lock() 方法不能放入 try 代码中，如果 lock 方法在 try  代码块之内，可能由于其它方法抛出异常，导致在 finally 代码块中， unlock 对未加锁的对象解锁，它会调用 AQS 的 tryRelease  方法(取决于具体实现类)，抛出 IllegalMonitorStateException 异常。

回归主题

回到本文的主题，我们如果使用 Condition 来实现线程的通讯就可以避免程序的“假死”情况，因为 Condition  可以创建多个等待集，以本文的生产者和消费者模型为例，我们可以使用两个等待集，一个用做消费者的等待和唤醒，另一个用来唤醒生产者，这样就不会出现生产者唤醒生产者的情况了(生产者只能唤醒消费者，消费者只能唤醒生产者)这样整个流程就不会“假死”了，它的执行流程如下图所示：

了解了它的基本流程之后，咱们来看具体的实现代码。

基于 Condition 的工厂实现代码如下：

class FactoryByCondition {     private int[] items = new int[1]; // 数据存储容器(为了演示方便,设置容量最多存储 1 个元素)     private int size = 0;             // 实际存储大小     // 创建 Condition 对象     private Lock lock = new ReentrantLock();     // 生产者的 Condition 对象     private Condition producerCondition = lock.newCondition();     // 消费者的 Condition 对象     private Condition consumerCondition = lock.newCondition();      /**      * 生产方法      */     public void put() throws InterruptedException {         // 循环生产数据         do {             lock.lock();             while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判断                 // 生产者进入等待                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入阻塞");                 producerCondition.await();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒");             }             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始工作");             items[0] = 1; // 为了方便演示,设置固定值             size++;             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作");             // 唤醒消费者             consumerCondition.signal();             try {             } finally {                 lock.unlock();             }         } while (true);     }      /**      * 消费方法      */     public void take() throws InterruptedException {         // 循环消费数据         do {             lock.lock();             while (size == 0) {                 // 消费者阻塞等待                 consumerCondition.await();             }             System.out.println("消费者工作~");             size--;             // 唤醒生产者             producerCondition.signal();             try {             } finally {                 lock.unlock();             }         } while (true);     } }

两个生产者和一个消费者的实现代码如下：

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

程序的执行结果如下图所示：

从上述结果可以看出，当使用 Condition  时，生产者、消费者、生产者 2 会一直交替循环执行，执行结果符合我们的预期。

2.性能问题

在上面我们演示 notify 会造成线程的“假死”问题的时候，一定有朋友会想到，如果把 notify 换成 notifyAll  线程就不会“假死”了。

这样做法确实可以解决线程“假死”的问题，但同时会到来新的性能问题，空说无凭，直接上代码展示。

以下是使用 wait 和 notifyAll 改进后的代码：

/**  * 工厂类,消费者和生产者通过调用工厂类实现生产/消费功能.  */ class Factory {     private int[] items = new int[1];   // 数据存储容器(为了演示方便,设置容量最多存储 1 个元素)     private int size = 0;               // 实际存储大小      /**      * 生产方法      * @throws InterruptedException      */     public synchronized void put() throws InterruptedException {         // 循环生产数据         do {             while (size == items.length) { // 注意不能是 if 判断                 // 存储的容量已经满了,阻塞等待消费者消费之后唤醒                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入阻塞");                 this.wait();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒");             }             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始工作");             items[0] = 1; // 为了方便演示,设置固定值             size++;             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成工作");             // 唤醒所有线程             this.notifyAll();         } while (true);     }      /**      * 消费方法      * @throws InterruptedException      */     public synchronized void take() throws InterruptedException {         // 循环消费数据         do {             while (size == 0) {                 // 生产者没有数据,阻塞等待                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入阻塞(消费者)");                 this.wait();                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒(消费者)");             }             System.out.println("消费者工作~");             size--;             // 唤醒所有线程             this.notifyAll();         } while (true);     } }

依旧是两个生产者加一个消费者，实现代码如下：

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

执行的结果如下图所示：

通过以上结果可以看出：当我们调用  notifyAll  时确实不会造成线程“假死”了，但会造成所有的生产者都被唤醒了，但因为待执行的任务只有一个，因此被唤醒的所有生产者中，只有一个会执行正确的工作，而另一个则是啥也不干，然后又进入等待状态，这种行为对于整个程序来说，无疑是多此一举，只会增加线程调度的开销，从而导致整个程序的性能下降。

反观 Condition 的 await 和 signal 方法，即使有多个生产者，程序也只会唤醒一个有效的生产者进行工作，如下图所示：

生产者和生产者 2  依次会被交替的唤醒进行工作，所以这样执行时并没有任何多余的开销，从而相比于 notifyAll 而言整个程序的性能会提升不少。

到此，关于“为什么不用Wait和Notify”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！