很多时候,我们在并发编程中,涉及到加锁操作时,对代码块的加锁操作真的合理吗?还有没有需要优化的地方呢?
前言在《》一文中,我们介绍了产生死锁时的四个必要条件,只有四个条件同时具备时才能发生死锁。其中,我们在阻止请求与保持条件时,采用了一次性申请所有的资源的方式。例如在我们完成转账操作的过程中,我们一次性申请账户A和账户B,两个账户都申请成功后,再执行转账的操作。其中,在我们实现的转账方法中,使用了死循环来循环获取资源,直到同时获取到账户A和账户B为止,核心代码如下所示。
//一次申请转出账户和转入账户,直到成功 while(!requester.applyResources(this, target)){ //循环体为空 ; }如果ResourcesRequester类的applyResources()方法执行的时间非常短,并且程序并发带来的冲突不大,程序循环几次到几十次就可以同时获取到转出账户和转入账户,这种方案就是可行的。
但是,如果ResourcesRequester类的applyResources()方法执行的时间比较长,或者说,程序并发带来的冲突比较大,此时,可能需要循环成千上万次才能同时获取到转出账户和转入账户。这样就太消耗CPU资源了,此时,这种方案就是不可行的了。
问题分析既然使用死循环一直获取资源这种方案存在问题,那我们换位思考一下。当线程执行时,发现条件不满足,是不是可以让线程进入等待状态?当条件满足的时候,通知等待的线程重新执行?
也就是说,如果线程需要的条件不满足,我们就让线程进入等待状态;如果线程需要的条件满足时,我们再通知等待的线程重新执行。这样,就能够避免程序进行循环等待进而消耗CPU的问题。
那么,问题又来了!当条件不满足时,如何实现让线程等待?当条件满足时,又如何唤醒线程呢?
不错,这是个问题!不过这个问题解决起来也非常简单。简单的说,就是使用线程的等待与通知机制。
线程的等待与通知机制我们可以使用线程的等待与通知机制来优化阻止请求与保持条件时,循环获取账户资源的问题。具体的等待与通知机制如下所示。
执行的线程首先获取互斥锁,如果线程继续执行时,需要的条件不满足,则释放互斥锁,并进入等待状态;当线程继续执行需要的条件满足时,就通知等待的线程,重新获取互斥锁。
那么,说了这么多,Java支持这种线程的等待与通知机制吗?其实,这个问题问的就有点废话了,Java这么优秀(牛逼)的语言肯定支持啊,而且实现起来也比较简单。
用Java实现线程的等待与通知机制 实现方式其实,使用Java语言实现线程的等待与通知机制有多种方式,这里我就简单的列举一种方式,其他的方式大家可以自行思考和实现,有不懂的地方也可以问我!
在Java语言中,实现线程的等待与通知机制,一种简单的方式就是使用synchronized并结合wait()、notify()和notifyAll()方法来实现。
实现原理我们使用synchronized加锁时,只允许一个线程进入synchronized保护的代码块,也就是临界区。如果一个线程进入了临界区,则其他的线程会进入阻塞队列里等待,这个阻塞队列和synchronized互斥锁是一对一的关系,也就是说,一把互斥锁对应着一个独立的阻塞队列。
在并发编程中,如果一个线程获得了synchronized互斥锁,但是不满足继续向下执行的条件,则需要进入等待状态。此时,可以使用Java中的wait()方法来实现。当调用wait()方法后,当前线程就会被阻塞,并且会进入一个等待队列中进行等待,这个由于调用wait()方法而进入的等待队列也是互斥锁的等待队列。而且,线程在进入等待队列的同时,会释放自身获得的互斥锁,这样,其他线程就有机会获得互斥锁,进而进入临界区了。整个过程可以表示成下图所示。
当线程执行的条件满足时,可以使用Java提供的notify()和notifyAll()方法来通知互斥锁等待队列中的线程,我们可以使用下图来简单的表示这个过程。
这里,需要注意如下事项:
(1)使用notify()和notifyAll()方法通知线程时,调用notify()和notifyAll()方法时,满足线程的执行条件,但是当线程真正执行的时候,条件可能已经不再满足了,可能有其他线程已经进入临界区执行。
(2)被通知的线程继续执行时,需要先获取互斥锁,因为在调用wait()方法等待时已经释放了互斥锁。