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关于java:面试官为什么-waitnotify-必须与-synchronized-一起使用

jiezi

起源：blog.csdn.net/randompeople/article/details/114917087

为什么 java wait/notify 必须与 synchronized 一起应用

这个问题就是书本上没怎么解说，就是通知咱们这样解决，但没有解释为什么这么解决？我也是基于这样的困惑去理解起因。

synchronized 是什么

Java 中提供了两种实现同步的根底语义：synchronized 办法和 synchronized 块，看个 demo：

public class SyncTest {

   \\ 1、synchronized 办法

 public synchronized void syncMethod(){System.out.println("hello method");
    }

    \\ 2、synchronized 块

    public void syncBlock(){synchronized (this){System.out.println("hello block");
        }
    }
}

具体还要辨别：

  • 润饰实例办法，作用于以后实例加锁，进入同步代码前要取得以后实例的锁。不同实例对象的拜访，是不会造成锁的。
  • 润饰静态方法，作用于以后类对象加锁，进入同步代码前要取得以后类对象的锁
  • 润饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要取得给定对象的锁。

它具备的个性：

  • 原子性
  • 可见性
  • 有序性
  • 可重入性

synchronized 如何实现锁

这样看来 synchronized 实现的锁是基于 class 对象来实现的，咱们来看看如何实现的，它其实是跟 class 对象的对象头一起起作用的，对象在内存中的布局分为三块区域：对象头、实例数据和对齐填充。

其中对象头中有一个 Mark Word，这里次要存储对象的 hashCode、锁信息或分代年龄或 GC 标记等信息，把可能的状况列出来大略如下：

其中 synchronized 就与锁标记位一起作用实现锁。次要剖析一下重量级锁也就是通常说 synchronized 的对象锁，锁标识位为 10，其中指针指向的是 monitor 对象（也称为管程或监视器锁）的起始地址。

每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系有存在多种实现形式，如 monitor 能够与对象一起创立销毁或当线程试图获取对象锁时主动生成，但当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。

在 Java 虚拟机 (HotSpot) 中，monitor 是由 ObjectMonitor 实现的，其次要数据结构如下（位于 HotSpot 虚拟机源码 ObjectMonitor.hpp 文件，C++ 实现的）：

ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0; // 记录个数
    _waiters      = 0,
    _recursions   = 0;
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL;
    _WaitSet      = NULL; // 处于 wait 状态的线程，会被退出到_WaitSet
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ;
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ; // 处于期待锁 block 状态的线程，会被退出到该列表
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

下面有 2 个字段很重要：

  • _WaitSet 队列 处于 wait 状态的线程，会被退出到_WaitSet。
  • _EntryList 队列 处于期待锁 block 状态的线程，会被退出到该列表。
  • _owner_owner 指向持有 ObjectMonitor 对象的线程

咱们来模仿一下进入锁的流程：

1、当多个线程同时拜访一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 汇合

2、当线程获取到对象的 monitor 后进入 _Owner 区域，并把 monitor 中的 owner 变量设置为以后线程同时 monitor 中的计数器 count 加 1

3、若线程调用 wait() 办法，将开释以后持有的 monitor，owner 变量复原为 null，count 自减 1，同时该线程进入 WaitSet 汇合中期待被唤醒。

4、若以后线程执行结束也将开释 monitor(锁) 并复位变量的值，以便其余线程进入获取monitor(锁)

wait/notify

这两个是 Java 对象都有的属性，示意这个对象的一个期待和告诉机制。

举荐一个开源收费的 Spring Boot 最全教程：

https://github.com/javastacks/spring-boot-best-practice

不必 synchronized 会怎么样

参考其余博客，咱们来看看不应用 synchronized 会怎么样，假如有 2 个线程，别离做 2 件事件，T1 线程代码逻辑：

while(! 条件满足) // line 1
{obj.wait(); // line 2
}
doSomething();

T2 线程的代码逻辑：

更改条件为满足; // line 1
obj.notify(); // line 2

多线程环境下没有 synchronized，没有锁的状况下可能会呈现如下执行程序状况：

  • T1 line1 满足 while 条件
  • T2 line1 执行
  • T2 line2 执行，notify 收回去了
  • T1 line2 执行，wait 再执行

这样的执行程序导致了 notify 告诉收回去了，但没有用，曾经 wait 是在之后执行，所以有人说没有保障原子性，就是 line1 和 line2 是一起执行完结，这个也被称作 lost wake up 问题。解决办法就是能够利用 synchronized 来加锁，于是有人就写了这样的代码：

synchronized(lock)
{while(! 条件满足)
    {obj.wait();
    }
    doSomething();}
synchronized(lock)
{
   更改条件为满足;
   obj.notify();}

这样靠锁来做达到目标。但这代码会造成死锁，因为先 T1 wait()，再T2 notify()； 而问题在于 T1 持有 lock 后 block 住了，T2 始终无奈取得 lock，从而永无可能 notify() 并将 T1 的 block 状态解除，就与 T1 造成了死锁。

所以 JVM 在实现 wait() 办法时，肯定须要先隐式的开释 lock，再 block，并且被 notify() 后从 wait() 办法返回前，隐式的从新取得了 lock 后能力持续 user code 的执行。要做到这点，就须要提供 lock 援用给 obj.wait() 办法，否则 obj.wait() 不晓得该隐形开释哪个 lock，于是调整之后的后果如下：

synchronized(lock)
{while(! 条件满足)
    {obj.wait(lock);
        // obj.wait(lock)伪实现
        //   [1] unlock(lock)
        //   [2] block 住本人，期待 notify()
        //   [3] 已被 notify()，从新 lock(lock)
        //   [4] obj.wait(lock)办法胜利返回
    }
    doSomething();}

[最终状态] 把 lock 和 obj 合一

其它线程 API 如 PThread 提供 wait() 函数的签名是相似 cond_wait(obj, lock) 的，因为同一个 lock 能够管多个 obj 条件队列。而 Java 内置的锁与条件队列的关系是 1:1，所以就间接把 obj 当成 lock 来用了。因而此处就不须要额定提供 lock，而间接应用 obj 即可，代码也更简洁：

synchronized(obj)
{while(! 条件满足)
    {obj.wait();
    }
    doSomething();}
synchronized(lock)
{
   更改条件为满足;
   obj.notify();}

lost wake up

wait/notify 如果不跟 synchronized 联合就会造成 lost wake up，难以唤醒 wait 的线程，所以独自应用会有问题。

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