Java线程通信及线程虚假唤醒知识总结

线程通信

线程在内部运行时，线程调度具有一定的透明性，程序通常无法控制线程的轮换执行。但Java本身提供了一些机制来保证线程协调运行。

假设目前系统中有两个线程，分别代表存款和取钱。当钱存进去，立马就取出来挪入指定账户。这涉及到线程间的协作，使用到Object类提供的wait()、notify()、notifyAll()三个方法，其不属于Thread类，而属于Object，而这三个方法必须由监视器对象来调用：

• synchronized修饰的方法，因为该类的默认实例（this）就是同步监视器，因此可以在同步方法中直接调用
• synchronized修饰的同步代码块，同步监视器是synchronized括号里的对象，因此必须使用该对象来调用

三个方法解释如下：

• wait()：当前线程等待，释放当前对象锁，让出CPU，直到其他线程使用notify或者notifyAll唤醒该线程
• notify()：唤醒在此同步监视器上等待的单个线程，若存在多个线程，则随机唤醒一个。执行了notify不会马上释放锁，只有完全退出synchronized代码块或者中途遇到wait，呈wait状态的线程才可以去争取该对象锁
• notifyAll()：唤醒在此同步监视器上的所有线程，同上。

现在用两个同步方法分别代表存钱取钱

• 当余额为0时，进入存钱流程，执行存钱操作后，唤醒取钱线程
• 当余额为0时，进入取钱流程，发现num==0，进入阻塞状态，等待被唤醒

/**
     * 存一块钱
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void increase() throws InterruptedException {
        // 当余额为1，说明已经存过钱，等待取钱。存钱方法阻塞
        if (num == 1) {
            this.wait();
        }
        // 执行存钱操作
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        // 唤醒其他线程
        this.notifyAll();
    }
 
    /**
     * 取一块钱
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void decrease() throws InterruptedException {
        // 当余额为0，说明已经取过钱，等待存钱。取钱方法阻塞
        if (num == 0) {
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        this.notifyAll();
    }

调用方法：

private int num = 0;
 
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.increase();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "存钱").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.decrease();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "取钱").start();
    }

结果没有什么问题 

线程虚假唤醒

上述线程通信看起来似乎没有什么问题，但若此时将存钱和取钱的人数各增加1，再看运行结果

private int num = 0;
 
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.increase();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "存钱1").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.decrease();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "取钱1").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.increase();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "存钱2").start();
 
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    test.decrease();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "取钱2").start();
    }

产生的结果已经不是最初的只有0和1

造成这个结果的原因就是线程间的虚假唤醒

由于目前分别有多个取款和存款线程。假设其中一个存款线程执行完毕，并使用wait释放同步监视器锁定，那其余多个取款线程将同时被唤醒，此时余额为1，如果有10个同时取钱，那余额会变为-9，造成结果错误。

因此，每次线程从wait中被唤醒，都必须再次测试是否符合唤醒条件，如果不符合那就继续等待。

由于多个线程被同时唤醒，在if(xxxx){wait();}处 if判断只会执行一次，当下一个被唤醒的线程过来时，由于if已经判断过，则直接从wait后面的语句继续执行，因此将if换成while可解决该问题，下次被唤醒的线程过来，while重新判断一下，发现上一个被唤醒的线程已经拿到锁，因此这个被虚假唤醒的线程将继续等待锁。

 /**
     * 存一块钱
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void increase() throws InterruptedException {
        while (num == 1) {// 防止每次进来的唤醒线程只判断一次造成虚假唤醒，替换成while
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        this.notifyAll();
    }
 
    /**
     * 取一块钱
     *
     * @throws InterruptedException
     */
    public synchronized void decrease() throws InterruptedException {
        while (num == 0) {
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":num=" + num);
        this.notifyAll();
    }

再次运行，结果正常：

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