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用通知-等待机制优化锁等待问题

news 来源：原创 2025/4/27 2:07:29

破坏占用且等待就可以避免死锁产生，以上一节中的循环等待代码来看：

// 一次性申请转出账户和转入账户，直到成功
while(!actr.apply(this, target))
 ；

如果apply()操作耗时非常端，而且并发冲突量不大时，这个方案是不错的，因为这种场景下，循环上几次或者几十次就可以一次性获取锁，执行业务。但是如果apply()操作耗时长，或者并发冲突量很大的时候，循环等待就可能循环上万次才能获取锁，会导致CPU使用率升高，影响环境的问题。

这种场景，更好的解决方案是：如果线程要求的条件不满足，则线程阻塞自己，进入等待状态，在满足线程要求的条件后，通知等待的线程重新执行。

完整的等待-通知机制：线程首先获取互斥锁，当线程要求的条件不满足时，释放互斥锁，进入等待状态；当要求的条件满足时，通知等待的线程，重新获取互斥锁。

用synchronized实现等待-通知机制

在Java语言中，使用synchronized配合wait()、notify()、notifyAll()这三个方法就可以轻松实现。

如图，左边一个等待队列，同一时刻，只允许一个线程进入synchronized保护的临界区，当有一个线程进入临界区后，其他线程只能进入图中左边的队列等待，这个等待队列和互斥锁是一对一的关系，每个互斥锁都有自己独立的等待队列。

进入临界区后，由于不满足部分条件，需要进入等待状态，Java对象的wait()方法就能满足这个需求，当调用wait()方法后，当前线程就会被阻塞，并且进入右侧的等待队列，这个等待队列也是互斥锁的等待队列。线程在进入右侧等待队列的同时，会释放持有的互斥锁，线程释放后，其他线程就有机会获得锁，进入临界区。

当线程条件满足时，通知等待的线程，可以使用Java对象的notify()和notifyAll()方法，通知等待队列中的线程，条件曾经满足过，可以再次尝试获取锁，并判断条件是否满足。

对之前的代码进行优化

 while(条件不满足) {
   wait();
 }

class Allocator {
 private List<Object> als;
 // 一次性申请所有资源
 synchronized void apply(
   Object from, Object to){
   // 经典写法
   while(als.contains(from) ||
        als.contains(to)){
     try{
       wait();
     }catch(Exception e){
     }   
   } 
   als.add(from);
   als.add(to);  
 }
 // 归还资源
 synchronized void free(
   Object from, Object to){
   als.remove(from);
   als.remove(to);
   notifyAll();
 }
}

用notifyAll()而没有使用notify()，是因为notify()会随机通知等待队列中的一个线程，而notifyAll()会通知等待队列中所有的线程，第一反应是同一时间只有一个线程进入临界区，用notify()就可以了，实际上notify()可能导致某些线程永远不会被通知到。

学习来源：极客时间《Java 并发编程实战》学习笔记 Day04