java - 等待/通知的无锁变体

Question

Java 要求线程在调用o.wait() 或o.notify() 之前拥有o 的监视器。这是众所周知的事实。然而，互斥锁是任何此类机制工作所必需的吗？如果有一个 API 可以提供

compareAndWait

和

setAndNotify

相反，将 CAS 操作与线程调度/取消调度相结合？这会有一些优势:

• 即将进入等待状态的线程不会妨碍通知线程的进行；

• 他们也不必互相等待就可以检查等待情况；

• 在通知端，任意数量的生产者线程可以同时进行。

提供这样的 API 是否存在根本的、无法克服的障碍？

Answer 1

使用 LockSupport.park() 实现任意等待/通知机制没有问题和 LockSupport.unpark(Thread)因为这些基本原语不需要持有任何锁。

Object.wait/Object.notify 和Condition 都没有的原因.await/Condition.signal 在不持有锁的情况下为您提供这样的通知是语义。通知的概念是一个线程等待条件满足，而另一个线程在条件变为已满足状态时停止等待。如果不持有与该条件关联的锁，则无法保证在条件状态测试和线程状态更改之间条件不会发生变化。

更具体地说，当改变条件的线程通知另一个线程时，条件可能在通知发生之前再次被修改。但更糟糕的是，在线程开始等待之前，条件可能会变为“已满足”，在这种情况下，线程可能会错过通知并永远挂起。

即使您能够将条件测试和等待操作融合为一个原子操作，也无济于事。等待条件本身并不是目的。线程想要等待条件的原因是它想要执行一个条件是先决条件的操作，因此在执行操作时不得更改。这就是重点:无论锁的概念是如何实现的，条件测试和操作都必须作为一个持有锁的操作来实现。

有些特殊情况不会出现此类问题，例如当已知条件的状态转换是有限的时，您可以阻止条件返回到未满足的状态。这正是 CountDownLatch、CyclicBarrier、Phaser 等工具的用途，但具有预定义等待/通知语义的通知机制并不意味着假设这样一个特例。