Java多线程中的虚假唤醒和如何避免

先来看一个例子

一个卖面的面馆，有一个做面的厨师和一个吃面的食客，需要保证，厨师做一碗面，食客吃一碗面，不能一次性多做几碗面，更不能没有面的时候吃面；按照上述操作，进行十轮做面吃面的操作。

用代码说话

首先我们需要有一个资源类，里面包含面的数量，做面操作，吃面操作；
当面的数量为0时，厨师才做面，做完面，需要唤醒等待的食客，否则厨师需要等待食客吃完面才能做面；
当面的数量不为0时，食客才能吃面，吃完面需要唤醒正在等待的厨师，否则食客需要等待厨师做完面才能吃面；
然后在主类中，我们创建一个厨师线程进行10次做面，一个食客线程进行10次吃面；
代码如下：

package com.duoxiancheng.code;

/**
 * @user: code随笔
 */

class Noodles{

    //面的数量
    private int num = 0;

    //做面方法
    public synchronized void makeNoodles() throws InterruptedException {
        //如果面的数量不为0，则等待食客吃完面再做面
        if(num != 0){
            this.wait();
        }

        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"做好了一份面，当前有"+num+"份面");
        //面做好后，唤醒食客来吃
        this.notifyAll();
    }

    //吃面方法
    public synchronized void eatNoodles() throws InterruptedException {
        //如果面的数量为0，则等待厨师做完面再吃面
        if(num == 0){
            this.wait();
        }

        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"吃了一份面，当前有"+num+"份面");
        //吃完则唤醒厨师来做面
        this.notifyAll();
    }

}

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Noodles noodles = new Noodles();

        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
                        noodles.makeNoodles();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"厨师A").start();

        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
                        noodles.eatNoodles();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"食客甲").start();

    }

}

输出如下：

image

可以见到是交替输出的；

如果有两个厨师，两个食客,都进行10次循环呢？

Noodles类的代码不用动，在主类中多创建两个线程即可，主类代码如下：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Noodles noodles = new Noodles();

        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
                        noodles.makeNoodles();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"厨师A").start();

        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
                        noodles.makeNoodles();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"厨师B").start();

        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
                        noodles.eatNoodles();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"食客甲").start();

        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
                        noodles.eatNoodles();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"食客乙").start();

    }
}

此时输出如下：

在这里插入图片描述

虚假唤醒

上面的问题就是"虚假唤醒"。
当我们只有一个厨师一个食客时，只能是厨师做面或者食客吃面，并没有其他情况；
但是当有两个厨师，两个食客时，就会出现下面的问题：

1. 初始状态

   
   
   image
2. 厨师A得到操作权，发现面的数量为0，可以做面，面的份数+1，然后唤醒所有线程；
   
   image

3. 厨师B得到操作权，发现面的数量为1，不可以做面，执行wait操作；

   
   
   image

4. 厨师A得到操作权，发现面的数量为1，不可以做面，执行wait操作；

   
   
   image
5. 食客甲得到操作权，发现面的数量为1，可以吃面，吃完面后面的数量-1，并唤醒所有线程；

image

6. 此时厨师A得到操作权了，因为是从刚才阻塞的地方继续运行，就不用再判断面的数量是否为0了，所以直接面的数量+1，并唤醒其他线程；

image

7. 此时厨师B得到操作权了，因为是从刚才阻塞的地方继续运行，就不用再判断面的数量是否为0了，所以直接面的数量+1，并唤醒其他线程；

   
   
   image
   
   

   这便是虚假唤醒，还有其他的情况，读者可以尝试画画图分析分析。

解决方法

出现虚假唤醒的原因是从阻塞态到就绪态再到运行态没有进行判断，我们只需要让其每次得到操作权时都进行判断就可以了；
所以将

if(num != 0){
    this.wait();
}

改为

while(num != 0){
    this.wait();
}

将

if(num == 0){
    this.wait();
}

改为

while(num == 0){
    this.wait();
}

即可。

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