超強圖文｜併發程式設計【等待/通知機制】就是這個feel～
阿新 • • 發佈：2020-03-17
> - 你有一個思想，我有一個思想，我們交換後，一個人就有兩個思想
>
> - If you can NOT explain it simply, you do NOT understand it well enough
現陸續將Demo程式碼和技術文章整理在一起 [Github實踐精選](https://github.com/FraserYu/learnings) ，方便大家閱讀檢視，本文同樣收錄在此，覺得不錯，還請Star
## 併發程式設計為什麼會有等待通知機制
上一篇文章說明了 [Java併發死鎖解決思路](https://dayarch.top/p/java-concurrency-dead-lock.html) ， 解決死鎖的思路之一就是 `破壞請求和保持條件`, 所有櫃員都要通過**唯一**的賬本管理員一次性拿到所有轉賬業務需要的賬本，就像下面這樣：
沒有等待/通知機制之前，所有櫃員都通過死迴圈的方式不斷向賬本管理員申請所有賬本，程式的體現就是這樣：
```java
while(!accountBookManager.getAllRequiredAccountBook(this, target))
；
```
假如賬本管理員是年輕小夥，腿腳利落（即執行 getAllRequiredAccountBook方法耗時短），並且多個櫃員轉賬的業務衝突量不大，這個方案簡單粗暴且有效，櫃員只需要嘗試幾次就可以成功（即通過少量的迴圈可以實現）
過了好多年，年輕的賬本管理員變成了年邁的老人，行動遲緩（即執行 getAllRequiredAccountBook 耗時長），同時，多個櫃員轉賬的業務衝突量也變大，之前幾十次迴圈能做到的，現在可能就要申請成千上百，甚至上萬次才能完成一次轉賬
**人工無限申請浪費口舌， 程式無限申請浪費CPU。聰明的人就想到了 `等待/通知` 機制**
## 等待/通知機制
無限迴圈實在太浪費CPU，而理想情況應該是這樣：
- 櫃員A如果拿不到所有賬本，就傲嬌的不再繼續問了（執行緒阻塞自己 wait）
- 櫃員B歸還了櫃員A需要的賬本之後就主動通知櫃員A賬本可用（通知等待的執行緒 notify/notifyAll）
做到這樣，就能避免迴圈等待消耗CPU的問題了
---
現實中有太多場景都在應用等待/通知機制。歡迎觀臨紅浪漫，比如去XX辦證，去醫院就醫/體檢。
下面請自行腦補一下去醫院就醫或體檢的畫面, 整體流程類似這樣：
| 序號 | 就醫 | 程式解釋（自己的視角） |
| ---- | :--------------------------------------------------- | ------------------------------------------------ |
| 1 | 掛號成功，到診室門口排號候診 | 排號的患者（執行緒）嘗試獲取【互斥鎖】 |
| 2 | 大夫叫到自己，進入診室就診 | 自己【獲取到互斥鎖】 |
| 3 | 大夫簡單詢問，要求做檢查（患者缺乏報告不能診斷病因） | 進行【條件判斷】，執行緒要求的條件【沒滿足】 |
| 4 | 自己出去做檢查 | 執行緒【主動釋放】持有的互斥鎖 |
| 5 | 大夫叫下一位患者 | 另一位患者（執行緒）獲取到互斥鎖 |
| 6 | 自己拿到檢測報告 | 執行緒【曾經】要求的條件得到滿足（實則【被通知】） |
| 7 | 再次在診室門口排號候診 | 再次嘗試獲取互斥鎖 |
| 8 | ... | ... |
在【程式解釋】一列，我將關鍵字（排隊、鎖、等待、釋放....）已經用 `【】` 框了起來。Java 語言中，其內建的關鍵字 `synchronized` 和 方法`wait()，notify()/notifyAll()` 就能實現上面提到的等待/通知機制，我們將這幾個關鍵字實現流程現形象化的表示一下：
這可不是一個簡單的圖，下面還要圍繞這個圖做很多文章，不過這裡我必須要插播幾個面試基礎知識點了：
1. 一個鎖對應一個【入口等待佇列】，不同鎖的入口等待佇列沒任何關係，說白了他們就不存在競爭關係。你想呀，不同患者進入眼科和耳鼻喉科看大夫一點衝突都沒有
2. `wait(), notify()/notifyAll()` 要在 synchronized 內部被使用，並且，如果鎖的物件是this，就要 `this.wait()，this.notify()/this.notifyAll()` , 否則JVM就會丟擲 `java.lang.IllegalMonitorStateException` 的。你想呀，等待/通知機制就是從【競爭】環境逐漸衍生出來的策略，不在鎖競爭內部使用或等待/通知錯了物件， 自然是不符合常理的
有了上面知識的鋪墊，要想將無限迴圈策略改為等待通知策略，你還需要問自己四個問題：
### 靈魂 4 問
我們拿錢莊賬本管理員的例子依依做以上回答：
我們優化錢莊轉賬的程式：
```java
public class AccountBookManager