## 寫在前面 > 很多時候，我們在併發程式設計中，涉及到加鎖操作時，對程式碼塊的加鎖操作真的合理嗎？還有沒有需要優化的地方呢？ ## 前言 在《[【高併發】優化加鎖方式時竟然死鎖了！！](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg3MzE1NTIzNA==&mid=2247484382&idx=1&sn=8b2a1544f9efac88142973970cc8ea31&chksm=cee51c13f99295057a39ea4b0587c1c35e8d073018cd663ff53e5d082d0b19f18048fe8a881e&token=1380541257&lang=zh_CN#rd)》一文中，我們介紹了產生死鎖時的四個必要條件，只有四個條件同時具備時才能發生死鎖。其中，我們在**阻止請求與保持條件**時，採用了一次性申請所有的資源的方式。例如在我們完成轉賬操作的過程中，我們一次性申請賬戶A和賬戶B，兩個賬戶都申請成功後，再執行轉賬的操作。其中，在我們實現的轉賬方法中，使用了死迴圈來迴圈獲取資源，直到同時獲取到賬戶A和賬戶B為止，核心程式碼如下所示。 ```java //一次申請轉出賬戶和轉入賬戶，直到成功 while(!requester.applyResources(this, target)){ //迴圈體為空 ; } ``` 如果ResourcesRequester類的applyResources()方法執行的時間非常短，並且程式併發帶來的衝突不大，程式迴圈幾次到幾十次就可以同時獲取到轉出賬戶和轉入賬戶，這種方案就是可行的。 但是，如果ResourcesRequester類的applyResources()方法執行的時間比較長，或者說，程式併發帶來的衝突比較大，此時，可能需要迴圈成千上萬次才能同時獲取到轉出賬戶和轉入賬戶。這樣就太消耗CPU資源了，此時，這種方案就是不可行的了。 **那麼，有沒有什麼方式對這種方案進行優化呢？** ## 問題分析 既然使用死迴圈一直獲取資源這種方案存在問題，那我們換位思考一下。當執行緒執行時，發現條件不滿足，是不是可以讓執行緒進入等待狀態？當條件滿足的時候，通知等待的執行緒重新執行？ 也就是說，如果執行緒需要的條件不滿足，我們就讓執行緒進入等待狀態；如果執行緒需要的條件滿足時，我們再通知等待的執行緒重新執行。這樣，就能夠避免程式進行迴圈等待進而消耗CPU的問題。 **那麼，問題又來了！當條件不滿足時，如何實現讓執行緒等待？當條件滿足時，又如何喚醒執行緒呢？** 不錯，這是個問題！不過這個問題解決起來也非常簡單。簡單的說，就是**使用執行緒的等待與通知機制。** ## 執行緒的等待與通知機制 我們可以使用執行緒的等待與通知機制來優化**阻止請求與保持條件**時，迴圈獲取賬戶資源的問題。具體的等待與通知機制如下所示。 **執行的執行緒首先獲取互斥鎖，如果執行緒繼續執行時，需要的條件不滿足，則釋放互斥鎖，並進入等待狀態；當執行緒繼續執行需要的條件滿足時，就通知等待的執行緒，重新獲取互斥鎖。** 那麼，說了這麼多，Java支援這種執行緒的等待與通知機制嗎？其實，這個問題問的就有點廢話了，Java這麼優秀（牛逼）的語言肯定支援啊，而且實現起來也比較簡單。 ## 用Java實現執行緒的等待與通知機制 ### 實現方式 其實，使用Java語言實現執行緒的等待與通知機制有多種方式，這裡我就簡單的列舉一種方式，其他的方式大家可以自行思考和實現，有不懂的地方也可以問我！ 在Java語言中，實現執行緒的等待與通知機制，一種簡單的方式就是使用synchronized並結合wait()、notify()和notifyAll()方法來實現。 ### 實現原理 我們使用synchronized加鎖時，只允許一個執行緒進入synchronized保護的程式碼塊，也就是臨界區。如果一個執行緒進入了臨界區，則其他的執行緒會進入阻塞佇列裡等待，這個阻塞佇列和synchronized互斥鎖是一對一的關係，也就是說，一把互斥鎖對應著一個獨立的阻塞佇列。 在併發程式設計中，如果一個執行緒獲得了synchronized互斥鎖，但是不滿足繼續向下執行的條件，則需要進入等待狀態。此時，可以使用Java中的wait()方法來實現。當呼叫wait()方法後，當前執行緒就會被阻塞，並且會進入一個等待佇列中進行等待，這個由於呼叫wait()方法而進入的等待佇列也是互斥鎖的等待佇列。而且，執行緒在進入等待佇列的同時，會釋放自身獲得的互斥鎖，這樣，其他執行緒就有機會獲得互斥鎖，進而進入臨界區了。整個過程可以表示成下圖所示。  當執行緒執行的條件滿足時，可以使用Java提供的notify()和notifyAll()方法來通知互斥鎖等待佇列中的執行緒，我們可以使用下圖來簡單的表示這個過程。  **這裡，需要注意如下事項：** **（1）使用notify()和notifyAll()方法通知執行緒時，呼叫notify()和notifyAll()方法時，滿足執行緒的執行條件，但是當執行緒真正執行的時候，條件可能已經不再滿足了，可能有其他執行緒已經進入臨界區執行。** **（2）被通知的執行緒繼續執行時，需要先獲取互斥鎖，因為在呼叫wait()方法等待時已經釋放了互斥鎖。** **（3）wait()、notify()和notifyAll()方法操作的佇列是互斥鎖的等待佇列，如果synchronized鎖定的是this物件，則一定要使用this.wait()、this.notify()和this.notifyAll()方法；如果synchronized鎖定的是target物件，則一定要使用target.wait()、target.notify()和target.notifyAll()方法。** **（4）wait()、notify()和notifyAll()方法呼叫的前提是已經獲取了相應的互斥鎖，也就是說，wait()、notify()和notifyAll()方法都是在synchronized方法中或程式碼塊中呼叫的。如果在synchronized方法外或程式碼塊外呼叫了三個方法，或者鎖定的物件是this，使用target物件呼叫三個方法的話，JVM會丟擲java.lang.IllegalMonitorStateException異常。** ## 具體實現 ### 實現邏輯 在實現之前，我們還需要考慮以下幾個問題： * **選擇哪個互斥鎖** 在之前的程式中，我們在TansferAccount類中，存在一個ResourcesRequester 類的單例物件，所以，我們是可以使用this作為互斥鎖的。這一點大家需要重點理解。 * **執行緒執行轉賬操作的條件** 轉出賬戶和轉入賬戶都沒有被分配過。 * **執行緒什麼時候進入等待狀態** 執行緒繼續執行需要的條件不滿足的時候，進入等待狀態。 * **什麼時候通知等待的執行緒執行** 當存線上程釋放賬戶的資源時，通知等待的執行緒繼續執行。 **綜上，我們可以得出以下核心程式碼。** ```java while(不滿足條件){ wait(); } ``` **那麼，問題來了！為何是在while迴圈中呼叫wait()方法呢？**因為當wait()方法返回時，有可能執行緒執行的條件已經改變，也就是說，之前條件是滿足的，但是現在已經不滿足了，所以要重新檢驗條件是否滿足。 ### 實現程式碼 我們優化後的ResourcesRequester類的程式碼如下所示。 ```java public class ResourcesRequester{ //存放申請資源的集合 priv