忙等待（Busy-waiting）是一种同步机制，其中一个进程或线程重复检查某个条件是否满足以便继续执行，而不是进入休眠或阻塞状态。这个条件通常与某种资源或锁的可用性有关。忙等待常常与自旋锁相关联，因为自旋锁就是通过忙等待来检查锁的状态。
为什么要避免忙等待？
- CPU资源浪费：忙等待会占用处理器资源进行无意义的循环检查，而不释放处理器去执行其他可能的任务。
- 效率低下：特别是在单处理器系统中，忙等待的线程会阻塞其他线程的执行，使得整体系统效率降低。
- 响应时间延迟：忙等待会导致线程响应其他任务的延迟，因为它们被固定在检查条件上。
忙等待示例
下面是一个忙等待的简单示例，我们模拟一个场景，某个线程需要等待一个信号（变量signal）被另一个线程设置为true。
public class BusyWaitExample {
private static volatile boolean signal = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread waitingThread = new Thread(() -> {
// 忙等待直到 signal 变为 true
while (!signal) {
// 忙等待循环体通常为空或者执行非阻塞操作
}
System.out.println("Signal received. Waiting thread is proceeding.");
});
Thread signallingThread = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(2000); // 模拟计算或其他操作
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
signal = true; // 发送信号
System.out.println("Signal sent.");
});
waitingThread.start();
signallingThread.start();
waitingThread.join();
signallingThread.join();
}
}
在这个例子中，waitingThread就是在进行忙等待。在signal变量被设置为true之前，它不停地检查signal的值而不做任何实际工作。
如何避免忙等待？
通常，我们可以通过使用某种阻塞机制（如等待/通知机制、信号量、互斥锁等）来避免忙等待。在Java中，可以使用wait()和notify()或notifyAll()方法，或者使用java.util.concurrent包中的工具类如Locks和Conditions。
下面的代码展示了如何使用wait()和notify()来避免忙等待：
public class WaitNotifyExample {
private static final Object lock = new Object();
private static boolean signal = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread waitingThread = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
while (!signal) {
try {
lock.wait(); // 阻塞而不是忙等待
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
System.out.println("Signal received. Waiting thread is proceeding.");
}
});
Thread signallingThread = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
Thread.sleep(2000); // 模拟计算或其他操作
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
signal = true; // 发送信号
lock.notify(); // 通知等待的线程
System.out.println("Signal sent.");
}
});
waitingThread.start();
signallingThread.start();
waitingThread.join();
signallingThread.join();
}
}
在修改后的例子中，waitingThread将不再忙等待，而是在signal没有被设置之前阻塞在wait()方法上。这样就避免了忙等待，线程在等待信号的时候不会消耗CPU资源。
总之，忙等待虽然在某些低延迟和高性能的场景下适用，但在大多数情况下，它是应该被避免的。通过使用适当的同步工具和方法可以有效提高程序效率，节省系统资源。