JavaEE 第7节 线程饥饿及其解决办法

news2024/9/19 10:39:15

目录

一、什么是线程饥饿？

二、线程饥饿的解决办法

*wait()与notify()方法解决线程饥饿

1、wait(等待)

2、notify(通知)

1）notify

2）notifyAll

3）关于wait方法的一些补充

1、wait的方法的三个功能是原子性的：

2、sleep与wait方法的异同

相同点：

不同点：

        所属类：

        锁释放：

        使用场景：

        调用位置：

一、什么是线程饥饿？

线程饥饿（Thread Starvation）指的是多线程中，某些线程无法获得相关资源或者执行机会（阻塞，BLOCKED），长时间如此对线程的推进和响应造成明显影响的现象：

左边的蘑菇头和右边的小人都是线程，左边的蘑菇头因为在所中没有自己想要的资源所以从锁中出来，但是由于它的优先级比较高，一从锁里出来，转头有跑进锁里面了，完全没有给右边的小进去的机会。

当饥饿到一定程度，赋予线程的任务即使完成也不在具有实际意义的时候，就说明这个线程被饿死了。

二、线程饥饿的解决办法

线程饥饿原因：

线程产生饥饿，主要是因为系统对线程调度方式不够公平或者不合理导致的。

想要解决饥饿问题，我们只需要通过一些手段，对线程的调度进行合理的干预即可。

比如上图中的蘑菇头线程，如果自己目前拿不到想要的资源结果，那就先把锁让给别的线程，不要自己在锁这里反复横跳！等别的线程把资源变量改成蘑菇头想要的结果的时候，然后再让蘑菇头进来拿锁。

*wait()与notify()方法解决线程饥饿

这两个方法可以让多个线程按照某一个逻辑上的先后顺序执行，从而避免线程的饿死。

注意：两个方法都必须使用锁对象调用！

1、wait(等待)

wait()方法有三个功能：

1）让当前线程释放持有的锁。

2）让当前线程进入WAITING状态（或者TIMED_WAITING，取决于括号中是否含有时间参数，ms）。

3）检测其他线程是否调用了同对象的notify()方法，如果调用了notify()方法，那么唤醒正在睡眠的线程。

注释：

这三个功能都已经集成到的wait方法上，且是原子性的！(最后一个小节讲解原因)

使用方式：

public class Threads {

    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread thread1=new Thread(()->{
          synchronized (lock){
              try {
                  lock.wait();//进入等待状态（WAITING），必须用lock调用
              } catch (InterruptedException e) {//与sleep方法类似，需要try catch，
                  // 但是wait不能自动唤醒自己，只能考notify方法

                  e.printStackTrace();
              }
          }
       });
       thread1.start();
       thread1.join();
    }
}

上面这个程序会造成程序的卡死。

原因：

wait()没有时间参数，那么就必须等其他线程用notify()方法唤醒它，但是我没有写notify方法，所以thread1会一直处在WAITINGZ状态，但是主线程有用了join()方法，所以主线程一直在等thread1线程运行完毕，进而造成程序的卡死，注意这不是死锁！

如果不想死等，那么可以使用带时间参数的重载方法：

public class Threads {

    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread thread1=new Thread(()->{
          synchronized (lock){
              try {
                  lock.wait(1000);//带参数，1秒
              } catch (InterruptedException e) {//与sleep方法类似，需要try catch
                  e.printStackTrace();
              }
          }
       });
       thread1.start();
       thread1.join();
    }
}

2、notify(通知)

1）notify

我们刚才看到了，仅仅用wait方法是不够的，需要与notify方法搭配。

notify方法可以把因为wait而睡眠的线程唤醒：

public class Threads {

    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread thread1=new Thread(()->{
          synchronized (lock){
              try {

                  System.out.println("thread1即将进入睡眠，等待其他线程用notify方法唤醒");
                  lock.wait();
                  System.out.println("thread1成功被唤醒");
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
          }
       });
       Thread thread2=new Thread(()->{
          synchronized (lock){
              try {
                  Thread.sleep(1000);//确保thread1线程先执行，不然唤醒个寂寞
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              System.out.println("thread2即将使用norify方法唤醒thread1");
              lock.notify();//同样，必须用lock调用！！
              System.out.println("thread2已唤醒thread1");
          }
       });


       thread1.start();
       thread2.start();
       thread1.join();
       thread2.join();
    }
}

执行结果：

倘若同时有多个线程调用wait方法，那么notify方法会"随机"的唤醒一个线程（具体由操作系统决定）：

public class Threads {

    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {

                    System.out.println("thread1即将进入睡眠，等待其他线程用notify方法唤醒");
                    lock.wait();
                    System.out.println("thread1成功被唤醒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {

                    System.out.println("thread2即将进入睡眠，等待其他线程用notify方法唤醒");
                    lock.wait();
                    System.out.println("thread2成功被唤醒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread thread3 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {

                    System.out.println("thread3即将进入睡眠，等待其他线程用notify方法唤醒");
                    lock.wait();
                    System.out.println("thread3成功被唤醒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread thread4 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);//确保thread1线程先执行，不然唤醒个寂寞
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("thread4即将使用norify方法唤醒thread1");
                lock.notify();
                System.out.println("thread2已唤醒thread1");
            }
        });


        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
        thread4.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        thread3.join();
        thread4.join();
    }
}

执行结果只会唤醒一个线程：

注意：

多次notify不会有副作用，即使没有线程wait过：

public class Threads {

    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1=new Thread(()->{
        synchronized (lock){
            lock.notify();
            lock.notify();
            lock.notify();
            lock.notify();
            lock.notify();
            lock.notify();
            lock.notify();
            lock.notify();
            lock.notify();
        }
    });
    t1.start();
    t1.join();
    }
}

当然不建议这样做，谁会这么无聊🤪

2）notifyAll

如果想要全部唤醒，也有办法，那就是使用notifyAll方法：

public class Threads {

    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {

                    System.out.println("thread1即将进入睡眠，等待其他线程用notify方法唤醒");
                    lock.wait();
                    System.out.println("thread1成功被唤醒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {

                    System.out.println("thread2即将进入睡眠，等待其他线程用notify方法唤醒");
                    lock.wait();
                    System.out.println("thread2成功被唤醒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread thread3 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {

                    System.out.println("thread3即将进入睡眠，等待其他线程用notify方法唤醒");
                    lock.wait();
                    System.out.println("thread3成功被唤醒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        Thread thread4 = new Thread(() -> {

            
                try {
                    Thread.sleep(1000);//确保其他线程先执行，不然唤醒个寂寞
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                    synchronized (lock){
                        System.out.println("即将唤醒所有线程");
                        lock.notifyAll();/**换成notifyAll方法，其他代码都没有变*/
                        System.out.println("thread2已唤醒所有线程");
                    }

        });

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
        thread4.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        thread3.join();
        thread4.join();
    }
}

其中一个执行结果：

注意：

1）由于thread1、thread2、thread3是同时被唤醒的。之后这3个线程会进入锁竞争只有一个线程可以拿到锁然后执行，因此thread1、thread2、thread3三个线程那个先执行完是不确定的。

2）notify方法不像wait方法，wait方法调用的时候会释放当前对象的锁，但是notify方法没有这样的功能！！！也就是说，只有调用notify的线程释放了锁，被notify唤醒的线程才有机会执行。（notifyAll与notify是一样的）

3）关于wait方法的一些补充

1、wait的方法的三个功能是原子性的：

1）让当前线程释放持有的锁。

2）让当前线程进入WAITING状态（或者TIMED_WAITING，取决于括号中是否含有时间参数，ms）。

3）检测其他线程是否调用了同对象的notify()方法，如果调用了notify()方法，那么唤醒正在睡眠的线程。（InterruptedException也会提前唤醒wait过的线程）

假设不满足原子性：

有t1和t2两个线程，t1线程调用wait方法，要等待t2线程用notify唤醒t1。

若t1在执行完第一个功能后，由于线程调度的原因，t1在没有进入睡眠的状态就提前释放了锁，给t2，那么会出现这个情况：

t2线程提前执行了notify方法，t2线程运行完后，锁就交给了t1，紧接着t1就开始进入睡眠状态，等待t2线程用notify唤醒t1？这显然不符合逻辑。

2、sleep与wait方法的异同

相同点：

1）都可以暂停线程执行

2）都会抛出InterruptedException，需要对异常进行处理

注意：

调用了wait方法的线程如果捕获到InterruptedException，此线程就会终止。

不同点：
        所属类：

                1）sleep是Thread类的静态方法。

                2）wait是Object类的示例方法，且必须由锁对象调用。

        锁释放：

                1）用睡眠不会释放锁，也就是抱着锁睡：

                2）wait会释放锁，然后再睡。

        使用场景：

                1）sleep用于暂停线程执行一段时间，用的比较广泛。

                2）wait一般用在线程之间的通信，等待某个条件成立，接收notify信号。

        调用位置：

                1）sleep可以在任意地方调用。

                2）wait必须在同步块中调用（synchronized）。

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