“等待-通知”机制优化（一次性申请）循环等待-海口c网

“等待-通知”机制优化（一次性申请）循环等待

article/2025/7/5 0:50:00

1. “等待-通知”机制优化（一次性申请）循环等待

等待‑通知 = 释放锁 + 阻塞 + 唤醒 + 重新抢锁

所有 wait/notify 都属于锁对象的等待队列。

用 notifyAll()，写成 while(…) wait() —— 黄金法则。

面对自旋消耗 CPU 的场景，优先考虑等待‑通知替代。

1.1. 为什么要替换“死循环抢锁”

在破坏占用且等待条件的时候，如果转出账本和转入账本不满足同时在文件架上这个条件，就用死循环的方式来循环等待，核心代码如下：

// 一次性申请转出账户和转入账户，直到成功
while(!actr.apply(this, target))；

场景	旧方案：自旋 `while(!apply())；`	问题
低冲突、`apply()`极快	循环几次即可成功	接受
apply 耗时长 / 高并发	可能循环上万次	CPU 空转严重

改进思路：条件不满足→阻塞线程；条件满足→唤醒线程。这就是等待‑通知。

现实类比——“就医流程”

挂号+分诊 → 线程尝试获取互斥锁
大夫让去检查 → 条件不满足
患者做检查，释放诊室 → 线程 wait()，释放锁
检查完再分诊 → 被 notify 唤醒后重新抢锁
再次就诊 → 条件已满足，继续执行
要点：释放锁 ➜ 进入等待队列 ➜ 条件满足 ➜ 通知 ➜ 重新获取锁

1.2. 用 synchronized 实现等待 - 通知机制

1. java的等待-通知（以账户转账为例）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;class Allocator {// 已被占用的资源集合private final List<Object> als = new ArrayList<>();/** 一次性申请所有资源：拿不到就等待，直到成功 */public synchronized void apply(Object from, Object to) {// 经典 while‑wait 写法，防止“条件曾经满足但现在又不满足”while (als.contains(from) || als.contains(to)) {try {wait();               // 让出锁并阻塞} catch (InterruptedException e) {// 若想支持中断，可在此处处理中断逻辑Thread.currentThread().interrupt();}}// 条件满足：注册资源，占有它们als.add(from);als.add(to);}/** 归还资源并通知等待线程 */public synchronized void free(Object from, Object to) {als.remove(from);als.remove(to);notifyAll();                  // 唤醒所有等待在此锁上的线程}
}class Account {private static final Allocator ACTR = new Allocator(); // 单例分配器private int id;         // 如果需要防死锁的顺序锁仍可保留private int balance;public Account(int id, int balance) {this.id = id;this.balance = balance;}/** 从 this 向 target 转账 amt 元 */public void transfer(Account target, int amt) {// ① 一次性申请两个账户（可能阻塞）ACTR.apply(this, target);try {// ② 细粒度锁：先锁 this，再锁 targetsynchronized (this) {synchronized (target) {if (this.balance >= amt) {this.balance -= amt;target.balance += amt;}}}} finally {// ③ 归还资源，不管成功或异常都要释放ACTR.free(this, target);}}/* 下面是辅助方法，仅用于调试/演示 */public int getBalance() { return balance; }public int getId() { return id; }
}

Account a = new Account(1, 1000);
Account b = new Account(2, 1000);Thread t1 = new Thread(() -> a.transfer(b, 100));
Thread t2 = new Thread(() -> b.transfer(a, 200));t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();System.out.printf("A=%d, B=%d%n", a.getBalance(), b.getBalance());

2. python的等待-通知机制（以账户转账为例）

import threading
import time
from typing import Listclass Allocator:"""负责一次性分配两份“资源”（这里就是两个 Account 对象）。内部用 Condition 同时完成互斥和等待‑通知工作。"""def __init__(self):self._held: List[object] = []self._cv = threading.Condition()      # 包含一把隐式的 RLockdef apply(self, a: object, b: object) -> None:"""阻塞直到同时拿到 a、b 两个资源"""with self._cv:                        # ① 加锁while a in self._held or b in self._held:self._cv.wait()               # ② 条件不满足 → 释放锁并阻塞# 条件满足；登记资源self._held.extend((a, b))def free(self, a: object, b: object) -> None:"""归还资源并通知所有等待线程"""with self._cv:for res in (a, b):if res in self._held:self._held.remove(res)self._cv.notify_all()             # 唤醒因 apply() 而等待的线程class Account:_allocator = Allocator()                  # 单例分配器def __init__(self, acct_id: int, balance: int = 0):self.id = acct_idself.balance = balanceself._lock = threading.Lock()         # 细粒度账户锁def transfer(self, target: "Account", amt: int):# ① 一次性申请两把账户锁（可能阻塞）Account._allocator.apply(self, target)try:# ② 加细粒度锁，真正修改余额#    为防止死锁，这里仍固定顺序（id 小的先锁）first, second = (self, target) if self.id < target.id else (target, self)with first._lock:with second._lock:if self.balance >= amt:self.balance -= amttarget.balance += amtfinally:# ③ 归还资源Account._allocator.free(self, target)# --------------------- 简单演示 ---------------------
if __name__ == "__main__":a = Account(1, 1000)b = Account(2, 1000)def worker(from_acct, to_acct, amount, loops=100):for _ in range(loops):from_acct.transfer(to_acct, amount)t1 = threading.Thread(target=worker, args=(a, b, 5))t2 = threading.Thread(target=worker, args=(b, a, 5))t1.start(); t2.start()t1.join();  t2.join()print(f"A:{a.balance}, B:{b.balance}")  # 理论上仍然各 1000

用 synchronized 实现等待 - 通知机制的流程：

1. 在下面这个图里，左边有一个等待队列，同一时刻，只允许一个线程进入 synchronized 保护的临界区（这个临界区可以看作大夫的诊室），当有一个线程进入临界区后，其他线程就只能进入图中左边的等待队列里等待（相当于患者分诊等待）。这个等待队列和互斥锁是一对一的关系，每个互斥锁都有自己独立的等待队列。

2. 在并发程序中，当一个线程进入临界区后，由于某些条件不满足，需要进入等待状态，Java 对象的 wait() 方法就能够满足这种需求。如上图所示，当调用 wait() 方法后，当前线程就会被阻塞，并且进入到右边的等待队列中，这个等待队列也是互斥锁的等待队列。线程在进入等待队列的同时，会释放持有的互斥锁，线程释放锁后，其他线程就有机会获得锁，并进入临界区了。

3. 那线程要求的条件满足时，该怎么通知这个等待的线程呢？很简单，就是 Java 对象的 notify() 和 notifyAll() 方法。我在下面这个图里为你大致描述了这个过程，当条件满足时调用 notify()，会通知等待队列（互斥锁的等待队列）中的线程，告诉它条件曾经满足过。

曾经满足：因为notify() 只能保证在通知时间点，条件是满足的。而被通知线程的执行时间点和通知的时间点基本上不会重合，所以当线程执行的时候，很可能条件已经不满足了（保不齐有其他线程插队）。需要格外注意。

notify() vs notifyAll()

方法	唤醒谁	风险
`notify()`	随机 1 线程	可能唤错对象，导致真正需要的线程永远唤不起（“饿死”）
`notifyAll()`	所有等待线程	唤醒后再竞争锁，更安全