最近在学习Java多线程设计的时候,在网上看到一个面试题目的讨论,虽然楼主所说有些道理,但感觉还是有些问题,故此在和同事讨论以后还是有了若干收获,在此略作总结。

首先,来看看这个面试题目吧。

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() throws InterruptedException { 
        synchronized (this) { 
            if (list.size() <= 0) { 
                wait(); 
            } 
            return list.remove(list.size() - 1); 
        } 
    } 
} 

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?

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:

状况1:

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

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

  3. A首先执行放入数据push操作到List,在调用notify()之前; 同时C执行pop(),由于synchronized,被阻塞,进入Blocked状态,放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。

  4. A线程调用notify(),唤醒等待中的线程A。

  5. 如果此时, C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移除一个元素。

  6. 然后,A获取到竞争锁,A中调用list.remove(list.size() - 1),则会报数据越界exception。

状况2:

  1. 相同于状况1

  2. B、C都处于等待waiting状态,释放锁。等待notify()、notifyAll()操作的唤醒。

  3. 存在被虚假唤醒的可能。

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 
    } 

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。