透彻学习 JDK:wait 为什么必须放在 while 中

等待通知后条件未必仍然成立。

edyang · 2013-06-15

等待通知后条件未必仍然成立。生产者消费者模型里,通知只是重新检查条件的机会。

本文使用JDK 7,示例为方法体或类定义片段。源码学习需要区分语言规则、公共接口约定与某个版本的实现。本文把讨论范围固定在 Java 7,不把后续版本的集合结构或语法写进来。

1. 从现象推到机制

wait 必须在持有对应监视器时调用,并在等待时释放该监视器。被唤醒后需要重新竞争锁,还可能经历虚假唤醒,或被其他线程先消费条件,因此用 while 重新检查共享状态。

透彻学习 JDK:wait 为什么必须放在 while 中的处理、反馈与观察关系

图中的四个节点分别表示共享条件、等待集合、通知发生、再次检查。顺着实线检查输入如何变成输出,再沿虚线核对反馈条件。图示表达的是本文讨论的关系,不是实测曲线或现场截图。

2. 最小实现与输入条件

用容量为一的缓冲区表示条件,把状态检查、修改和通知放在同一锁保护内。这里只展示消费者侧,生产者也必须遵循同一协议。

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synchronized (lock) {
    while (slot == null) {
        lock.wait();
    }
    Object value = slot;
    slot = null;
    lock.notifyAll();
}

将片段放入独立的小工程,补齐 imports(导入声明)和调用入口。观察返回值、异常类型及对象状态;并发实验需要重复交错,单次没有出错不能证明线程安全。

3. 用对照区分原因

下表列出需要主动改变的条件。预期行为来自机制分析,复现时还需记录运行环境和原始输出,不能将预期当作已经测得的结果。

改变的条件 需要验证的行为
先启动消费者 条件不满足时进入等待
唤醒后被其他消费者抢先 继续等待而非读取空值
使用不同对象调用通知 无法唤醒正确等待集合

对照 1:先启动消费者

条件不满足时进入等待。观察时记录锁是否在 wait 时释放。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

对照 2:唤醒后被其他消费者抢先

继续等待而非读取空值。观察时记录重新获得锁后的条件。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

对照 3:使用不同对象调用通知

无法唤醒正确等待集合。观察时记录wait 与 notify 使用的监视器。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

4. 适用条件与取舍

notifyAll 会唤醒等待线程参与竞争,不保证谁先获得锁。复杂队列优先考虑已有阻塞队列实现,手写协议更适合帮助理解。

一次正常运行只覆盖了这组输入。继续扩展前,应把上面的异常对照保留下来,尤其关注“使用不同对象调用通知”这一分支。后续方案若改变了图中任意一处依赖,原来的判断就要重新验证,不能仅凭界面相似或返回值相同沿用结论。

同月延伸

参考资料

  1. Java SE 7 API 文档
  2. Java SE 7 语言规范