多线程虚假唤醒

最新推荐文章于 2025-06-03 22:06:02 发布

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该博客探讨了一个多线程并发问题，当A、B、C三个线程交互时，可能出现B线程被虚假唤醒，导致数据越界异常。虚假唤醒是指线程在非预期条件下被唤醒。解决方案包括使用同步数据结构如LinkedBlockingQueue，避免不必要的双重同步，并使用while循环检查临界条件防止虚假唤醒。

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问题：这段代码大多数情况下运行正常，但是某些情况下会出问题。什么时候会出现什么问题？如何修正？

public class MyStack {
    private List<String> list = new ArrayList<String>();

    public synchronized void push(String value) {
        synchronized (this) {
            list.add(value);
            notify();
        }
    }

    public synchronized String pop() {
        synchronized (this) {// 双层synchronized无意义
            if (list.size() <= 0) {
                try {
                	wait();
            	} catch (InterruptedException e) {
                	e.printStackTrace();
            	}
            }
            return list.remove(list.size() - 1);
        }
    }
}

代码分析：

从整体上，在并发状态下，push和pop都使用了synchronized的锁，来实现同步，同步的数据对象是基于List的数据；大部分情况下是可以正常工作的。

问题描述：

1. 假设有三个线程： A，B，C。A负责放入数据到list，调用push操作；B、C分别执行pop操作，移除数据；

2. 首先B线程先执行，列表空，于pop中的wait()方法处，进入waiting状态，B进入等待队列，释放锁；

3. 接着A执行放入数据push操作到list；

4. A调用notify()之前，同时C执行pop()，由于synchronized，被阻塞，进入Blocked状态，C进入基于锁的等待队列。注意，这里的队列和2中的waiting等待队列是两个不同的队列；

5. 接着A线程调用notify()，唤醒等待中的线程B；

6. 如果此时，C优先获取到基于对象的锁，则优先执行，执行pop方法，获取数据，从list中移除一个元素；

7. 接着B获取到竞争锁，由于C线程“偷走了”A放入的元素，B中调用list.remove(list.size() - 1)，则会报数据越界Exception，那么对于B线程的唤醒就是“虚假”的。

何为虚假唤醒？

虚假唤醒就是一些obj.wait()会在除了obj.notify()和obj.notifyAll()的其他情况被唤醒，而此时是不应该唤醒的。

解决的办法是基于while循环来反复判断进入正常操作的临界条件是否满足：

synchronized (obj) {  
	while (<condition does not hold>)  
		obj.wait();  
	... // Perform action appropriate to condition  
}

上例中的pop函数可如下修改：

public synchronized String pop() {
        while (list.size() <= 0) {// while代替if
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return list.remove(list.size() - 1);
    }

如何修复问题？

#1. 使用可同步的数据结构来存放数据，比如LinkedBlockingQueue之类。由这些同步的数据结构来完成繁琐的同步操作。

#2. 双层的synchronized使用没有意义，保留外层即可。

#3. 将if替换为while，解决虚假唤醒的问题。