为什么注释前可以实现 0和1 交替输出，注释后就无法实现0和1交替输出了呢？

Question

原始程序如下：

package demo;

public class AddSubDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Resource resource = new Resource();
        new Thread(new AddRunnable(resource)).start();
        new Thread(new AddRunnable(resource)).start();
        new Thread(new SubRunnable(resource)).start();
        new Thread(new SubRunnable(resource)).start();
    }

}

class AddRunnable implements Runnable {

    private Resource resource;

    public AddRunnable(Resource resource) {
        this.resource = resource;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                resource.add();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

class SubRunnable implements Runnable {

    private Resource resource;

    public SubRunnable(Resource resource) {
        this.resource = resource;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                resource.sub();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

class Resource {
    private int num = 0;
    private boolean flag = true; // true：执行ADD；false：执行SUB

    public synchronized void add() throws InterruptedException {
        if (this.flag == false) {
            super.wait();
        }
        Thread.sleep(1000);
        this.num++;
        flag = false;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + this.num);
        super.notifyAll();
    }

    public synchronized void sub() throws InterruptedException {
        if (this.flag == true) {
            super.wait();
        }
        Thread.sleep(1000);
        this.num--;
        flag = true;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + this.num);
        super.notifyAll();
    }
}

日志如下：

Thread-0 1
Thread-3 0
Thread-1 1
Thread-3 0
Thread-1 1
Thread-3 0
Thread-1 1
Thread-3 0
Thread-1 1

将程序中，2个Thread.sleep(1000) 注释掉，日志如下：

Thread-2 3467
Thread-1 3468
Thread-2 3467
Thread-1 3468
Thread-2 3467
Thread-1 3468

为什么注释前可以实现 0和1 交替输出，注释后就无法实现0和1交替输出了呢？

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

这个问题的核心在于线程同步与调度机制的理解。在原始程序中，add() 和 sub() 方法内部使用了 wait() 和 notifyAll() 方法来控制线程的执行顺序，这确保了一个线程（例如执行 add() 的线程）在完成操作并更改 flag 变量后，会唤醒其他等待的线程，从而允许它们继续执行。

当 Thread.sleep(1000) 存在时，每次一个线程调用 add() 或 sub() 后，它会暂停1秒，这给另一个线程足够的时间来响应 notifyAll() 调用并获取锁，然后执行其操作。因此，即使多个线程可能同时被唤醒，由于锁的存在和 sleep() 的延迟，线程执行呈现了一种有序的交替模式。

然而，当 Thread.sleep(1000) 被注释掉后，线程在执行完 add() 或 sub() 方法后立即尝试再次获取锁并执行，而不会给其他线程任何机会。这是因为线程调度器可能会选择同一个线程继续执行，尤其是当系统资源充足且没有其他竞争时。这样，一个线程可能连续多次执行同一方法（add() 或 sub()），导致数字不再交替增加和减少。

为了解决这个问题并保持交替执行，可以在 add() 和 sub() 方法的末尾添加额外的逻辑来强制线程让出CPU时间片，例如使用 Thread.yield() 方法。但更好的做法是确保在 notifyAll() 调用后线程能够适当释放资源并等待，这可以通过更细致地设计同步机制来实现。

下面是一个改进后的版本，其中每个线程在执行完操作后都会主动让出锁，确保其他线程有机会执行：

public class ImprovedResource {
    private int num = 0;
    private boolean flag = true; // true: 执行ADD; false: 执行SUB

    public synchronized void add() throws InterruptedException {
        while (this.flag == false) {
            wait();
        }
        this.num++;
        flag = false;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + this.num);
        notifyAll();
    }

    public synchronized void sub() throws InterruptedException {
        while (this.flag == true) {
            wait();
        }
        this.num--;
        flag = true;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + this.num);
        notifyAll();
    }
}

在这个版本中，while 循环确保线程在条件不满足时继续等待，直到其他线程改变条件并发出通知。这样，即使没有显式的延时，线程也能正确地交替执行 add() 和 sub() 方法。

希望这个解释和示例代码能帮助你更好地理解问题的原因，并提供一种解决方案。如果有任何疑问或需要进一步的澄清，请随时提问。