没有print语句，循环看不到其他线程更改的值

时间：2014-08-21 11:25:11

标签： java multithreading synchronization busy-waiting

在我的代码中，我有一个循环，等待某个状态从另一个线程更改。另一个线程工作，但我的循环永远不会看到更改的值。 它会永远等待。但是，当我在循环中放入System.out.println语句时，它会突然发挥作用！为什么呢？

以下是我的代码示例：

class MyHouse {
    boolean pizzaArrived = false;

    void eatPizza() {
        while (pizzaArrived == false) {
            //System.out.println("waiting");
        }

        System.out.println("That was delicious!");
    }

    void deliverPizza() {
        pizzaArrived = true;
    }
}

while循环正在运行时，我从另一个线程调用deliverPizza()来设置pizzaArrived变量。但循环仅在我取消注释System.out.println("waiting");语句时才有效。发生了什么事？

1 个答案:

答案 0 :(得分：128)

允许JVM假设其他线程在循环期间不更改pizzaArrived变量。换句话说，它可以在循环外提升pizzaArrived == false测试，优化它：

while (pizzaArrived == false) {}

进入这个：

if (pizzaArrived == false) while (true) {}

这是一个无限循环。

要确保一个线程所做的更改对其他线程可见，您必须始终在线程之间添加一些同步。最简单的方法是创建共享变量volatile：

volatile boolean pizzaArrived = false;

创建变量volatile可以保证不同的线程可以看到彼此的变化对它的影响。这可以防止JVM缓存pizzaArrived的值或在循环外提升测试。相反，它必须每次都读取实变量的值。

（更正式地说，volatile在访问变量之间创建了一个发生在之间的关系。这意味着在传递披萨之前all other work a thread did对于线程接收也是可见的披萨，即使那些其他变化不是volatile变量。）

Synchronized methods主要用于实现互斥（防止两件事同时发生），但它们也具有volatile所具有的所有相同副作用。在读取和写入变量时使用它们是另一种使更改对其他线程可见的方法：

class MyHouse {
    boolean pizzaArrived = false;

    void eatPizza() {
        while (getPizzaArrived() == false) {}
        System.out.println("That was delicious!");
    }

    synchronized boolean getPizzaArrived() {
        return pizzaArrived;
    }

    synchronized void deliverPizza() {
        pizzaArrived = true;
    }
}

打印声明的效果

System.out是PrintStream个对象。 PrintStream的方法同步如下：

public void println(String x) {
    synchronized (this) {
        print(x);
        newLine();
    }
}

同步会阻止在循环期间缓存pizzaArrived。 严格地说，两个线程必须在同一个对象上同步，以保证对变量的更改是可见的。 （例如，在设置println之后调用pizzaArrived并在读取pizzaArrived之前再次调用它将是正确的。）如果只有一个线程在特定对象上同步，则允许JVM忽略它。在实践中，JVM不够聪明，无法证明其他线程在设置println后不会调用pizzaArrived，因此它假定它们可能。因此，如果您调用System.out.println，则无法在循环期间缓存变量。这就是为什么这样的循环在有打印语句时有效，尽管它不是正确的解决方法。

使用System.out并不是导致这种效果的唯一方法，但是当他们试图调试为什么他们的循环不起作用时，人们最常发现这种效果！

更大的问题

while (pizzaArrived == false) {}是一个忙等待循环。那很糟糕！当它等待时，它会占用CPU，从而减慢其他应用程序的速度，并增加系统的功耗，温度和风扇速度。理想情况下，我们希望循环线程在等待时休眠，因此它不会占用CPU。

以下是一些方法：

使用wait / notify

低级解决方案是use the wait/notify methods of Object：

class MyHouse {
    boolean pizzaArrived = false;

    void eatPizza() {
        synchronized (this) {
            while (!pizzaArrived) {
                try {
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {}
            }
        }

        System.out.println("That was delicious!");
    }

    void deliverPizza() {
        synchronized (this) {
            pizzaArrived = true;
            this.notifyAll();
        }
    }
}

在这个版本的代码中，循环线程调用wait()，这使线程处于休眠状态。睡觉时不会使用任何CPU周期。在第二个线程设置变量之后，它调用notifyAll()来唤醒正在等待该对象的所有/所有线程。这就像披萨家伙敲响了门铃一样，所以你可以坐下来等待，而不是笨拙地站在门口。

在对象上调用wait / notify时，必须保持该对象的同步锁，这就是上面的代码所做的。只要两个线程使用相同的对象，您就可以使用任何您喜欢的对象：这里我使用了this（MyHouse的实例）。通常，两个线程无法同时进入同一对象的同步块（这是同步目的的一部分），但它可以在这里工作，因为线程在wait()方法内部时临时释放同步锁

的BlockingQueue

BlockingQueue用于实现生产者 - 消费者队列。 ＆＃34;消费者＆＃34;从队列前面拿出物品，＆＃34;生产者＆＃34;推动后面的物品。一个例子：

class MyHouse {
    final BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<>();

    void eatFood() throws InterruptedException {
        // take next item from the queue (sleeps while waiting)
        Object food = queue.take();
        // and do something with it
        System.out.println("Eating: " + food);
    }

    void deliverPizza() throws InterruptedException {
        // in producer threads, we push items on to the queue.
        // if there is space in the queue we can return immediately;
        // the consumer thread(s) will get to it later
        queue.put("A delicious pizza");
    }
}

注意：put的{​​{1}}和take方法可以抛出BlockingQueue，这是必须处理的已检查异常。在上面的代码中，为简单起见，重新抛出了异常。您可能更喜欢捕获方法中的异常并重试put或take调用以确保它成功。除了这一点之外，InterruptedException非常容易使用。

这里不需要其他同步，因为BlockingQueue确保在将项目放入队列之前所做的所有线程对于获取这些项目的线程是可见的。

执行人

BlockingQueue就像现成的Executor一样执行任务。例如：

BlockingQueue

有关详细信息，请参阅Executor，ExecutorService和Executors的文档。

事件处理

在等待用户在UI中点击某些内容时循环是错误的。而是使用UI工具包的事件处理功能。 In Swing，例如：

// A "SingleThreadExecutor" has one work thread and an unlimited queue
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

Runnable eatPizza = () -> { System.out.println("Eating a delicious pizza"); };
Runnable cleanUp = () -> { System.out.println("Cleaning up the house"); };

// we submit tasks which will be executed on the work thread
executor.execute(eatPizza);
executor.execute(cleanUp);
// we continue immediately without needing to wait for the tasks to finish

因为事件处理程序在事件派发线程上运行，所以在事件处理程序中进行长时间的工作会阻止与UI的其他交互，直到工作完成。可以在新线程上启动慢操作，或使用上述技术之一（等待/通知，JLabel label = new JLabel(); JButton button = new JButton("Click me"); button.addActionListener((ActionEvent e) -> { // This event listener is run when the button is clicked. // We don't need to loop while waiting. label.setText("Button was clicked"); }); 或BlockingQueue）将调度分派给等待线程。您还可以使用专为此设计的SwingWorker，并自动提供后台工作线程：

Executor

计时器

要执行定期操作，您可以使用java.util.Timer。它比编写自己的定时循环更容易使用，更容易启动和停止。该演示每秒打印一次当前时间：

JLabel label = new JLabel();
JButton button = new JButton("Calculate answer");

// Add a click listener for the button
button.addActionListener((ActionEvent e) -> {

    // Defines MyWorker as a SwingWorker whose result type is String:
    class MyWorker extends SwingWorker<String,Void> {
        @Override
        public String doInBackground() throws Exception {
            // This method is called on a background thread.
            // You can do long work here without blocking the UI.
            // This is just an example:
            Thread.sleep(5000);
            return "Answer is 42";
        }

        @Override
        protected void done() {
            // This method is called on the Swing thread once the work is done
            String result;
            try {
                result = get();
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            label.setText(result); // will display "Answer is 42"
        }
    }

    // Start the worker
    new MyWorker().execute();
});

每个Timer timer = new Timer(); TimerTask task = new TimerTask() { @Override public void run() { System.out.println(System.currentTimeMillis()); } }; timer.scheduleAtFixedRate(task, 0, 1000); 都有自己的后台线程，用于执行其预定的java.util.Timer。当然，线程在任务之间休眠，因此它不会占用CPU。

在Swing代码中，还有一个javax.swing.Timer，它类似，但它在Swing线程上执行侦听器，因此您可以安全地与Swing组件交互，而无需手动切换线程：

TimerTask

其他方式

如果您正在编写多线程代码，那么值得探索这些包中的类以查看可用的内容：

另请参阅Java教程的Concurrency section。多线程很复杂，但有很多帮助可用！

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