某小厂面试题：什么是虚假唤醒？

大家好，今天来跟大家聊聊某小厂的一道面试题，什么是虚假唤醒。

生产者消费者模型引出虚假唤醒的问题

说虚假唤醒之前，我们来测试一段经典的生产者和消费者代码。

public class SpuriousWakeupDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Producer producer = new Producer();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    producer.increment();
                } catch (Exception exception) {
                    exception.printStackTrace();
                }
            }
        },"生产者线程A").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    producer.decrement();
                } catch (Exception exception) {
                    exception.printStackTrace();
                }
            }
        },"消费者线程B").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    producer.decrement();
                } catch (Exception exception) {
                    exception.printStackTrace();
                }
            }
        },"消费者线程C").start();

    }


    static class Producer {

        private int count = 0;

        public synchronized void increment() throws Exception {
            if (count > 0) {
                wait();
            }

            count++;

            System.out.println("【" + Thread.currentThread().getName() + "】生产后数量为" + count);

            notifyAll();
        }

        public synchronized void decrement() throws Exception {
            if (count <= 0) {
                wait();
            }

            count--;

            System.out.println("【" + Thread.currentThread().getName() + "】消费后数量为" + count);

            notifyAll();
        }
    }

}

这段代码很简单，Producer类提供了两个方法， increment方法先判断count是否大于0，是的话就会调用wait方法等待，小于等于0或者被唤醒之后，将count加1；decrement方法先判断count是不是小于等于0，是的话就会等待，如果不小于0或者被唤醒之后将count减1。

然后开了三个线程，线程A循环调用10次increment方法，线程B和线程C循环调用5次decrement方法。按照代码的写法，方法都加锁了，增加count或者减少count之前都进行了判断，应该不会出现线程安全的问题。但是真的不会有问题，下面放上这段代码的测试截图。

通过上面的运行结果，我们可以看见，竟然出现消费了count之后，出现了负数情况，这是怎么回事，会什么会出现线程不安全的情况，每次减少之前不都是先进行count<=0的判断么，小于0会阻塞的，直到count>0才会被唤醒，但是为什么还是出现负数？

接下来我们来分析一下这段代码为什么会出现负数的问题。

假设某一时刻，count 为 0 ，B、C两个消费者线程按顺序（因为加锁的缘故）调用decrement都发现count为0，就都会调用wait方式进行释放锁进行等待，然后线程A也调用increment，判断是0，不满足调用wait条件，然后将count加成1之后，调用notifyAll方法同时唤醒B、C线程，A执行完代码，释放了锁；B、C被唤醒之后，假设B抢到锁，C没抢到，C继续阻塞，B从wait方法那继续往下走，将count减1，此时count变为0，B执行完释放了锁之后C这时抢到了锁，也从wait方法那继续执行代码，然后也将count减1，这下出现问题了，线程B减完之后就是0了，线程C又将count=0减1，那不就变成-1了，所以这就产生的负数的情况。

什么虚假唤醒？

其实产生这种负数的情况就是虚假唤醒导致的。那什么虚假唤醒呢，虚假唤醒就是由于把所有线程都唤醒了，但是只有其中一部分是有用的唤醒操作，其余的唤醒都是无用功，对于不应该被唤醒的线程而言，便是虚假唤醒。

对于上面这个例子来说，由于只应该唤醒一个线程，因为count加1之后只能满足被1个线程消费的条件，但是两个都唤醒了，才会出现两个线程都去减1的情况，从而出现负数的现象。

如何解决虚假唤醒？

那怎么来避免出现这种虚假唤醒的情况呢，其实wait的方法的注释已经告诉我们了。

我把这段注释截出来

As in the one argument version, interrupts and spurious wakeups are
possible, and this method should always be used in a loop:
<pre>
 synchronized (obj) {
 while (&lt;condition does not hold&gt;)
   obj.wait();
    // Perform action appropriate to condition
  }
</pre>

这段注释主要是告诉我们，可能会出现虚假唤醒的现象，可以用过while条件来代替if条件来解决虚假唤醒的问题。在while中调用wait方法，而不是在if中。

那么为什么while可以解决虚假唤醒？就拿上面的例子来说，当C获取到锁，执行代码，但是由于是while循环，再一次判断count是不是小于等于0，发现此时count是0，while条件满足，则继续调用wait方法进入等待，而不是执行count--，就避免了出现负数的情况。

下面是我将if改成while之后，代码运行的结果。

运行结果再也没有出现负数的现象，也就解决了虚假唤醒的问题。

总结

通过本篇的文章，相信大家了解什么是虚假唤醒，面试的时候也能回答到了，其实很简单，就是一个线程在唤醒等待的线程之后，有一部分是可以满足条件的，另一部分是不满足条件的，这部分不满足条件的被唤醒的线程就属于虚假唤醒，解决方法就是通过while来循环判断是不是满足条件，这样就不满足条件的线程就会再次等待。其实在这种类似生产者消费者的模型下进行if进行判断的时候，需要判断是不是可能出现虚假唤醒，是的话就需要用while来解决。

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