ArrayBlockingQueue NoSuchElementException

Question

为了学习，我编写了以下代码，用于自定义线程池引用和编辑显示的代码( 这里。 )

如代码所示，我对任务队列使用了ArrayBlockingQueue。

代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolService {
    private final BlockingQueue<Runnable> taskQueue;
    private final int corePoolSize;

    private ThreadPoolService(int corePoolSize) {
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(corePoolSize);
        ThreadPool[] threadPool = new ThreadPool[corePoolSize];
        for (int i = 0; i < corePoolSize; i++) {
            threadPool[i] = new ThreadPool();
            threadPool[i].start();
        }
    }

    public static ThreadPoolService newFixedThreadPool(int size) {
        return new ThreadPoolService(size);
    }

    public void execute(Runnable task) {
        try {
            taskQueue.offer(task, 10, TimeUnit.SECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private class ThreadPool extends Thread {
        Runnable task;

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    while (!taskQueue.isEmpty()) {
                        task = taskQueue.remove();
                        task.run();
                    }
                } catch (RuntimeException ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadPoolService pool = ThreadPoolService.newFixedThreadPool(10);
        Runnable task1 = () -> {
            System.out.println(" Wait for sometime: -> " + Thread.currentThread().getName());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        };

        Runnable task2 = () -> System.out.println(" Do  Task 2 -> " + Thread.currentThread().getName());
        Runnable task3 = () -> System.out.println(" Do  Task 3 -> " + Thread.currentThread().getName());
        Runnable task4 = () -> System.out.println(" Do  Task 4 -> " + Thread.currentThread().getName());
        List<Runnable> taskList = new ArrayList<>();
        taskList.add(task1);
        taskList.add(task2);
        taskList.add(task3);
        taskList.add(task4);
        for (Runnable task : taskList) {
            pool.execute(task);
        }
    }
}

这段代码有时运行良好，有时会出错。

成功产出：

Do  Task 2 -> Thread-2
Wait for sometime: -> Thread-8
Do  Task 3 -> Thread-6
Do  Task 4 -> Thread-7

失败输出：

Do  Task 4 -> Thread-3
Do  Task 3 -> Thread-6
Wait for sometime: -> Thread-4
Do  Task 2 -> Thread-7
java.util.NoSuchElementException
    at java.util.AbstractQueue.remove(AbstractQueue.java:117)
    at com.interview.java.ThreadPoolService$ThreadPool.run(ThreadPoolService.java:43)
java.util.NoSuchElementException
    at java.util.AbstractQueue.remove(AbstractQueue.java:117)
    at com.interview.java.ThreadPoolService$ThreadPool.run(ThreadPoolService.java:43)
java.util.NoSuchElementException
    at java.util.AbstractQueue.remove(AbstractQueue.java:117)
    at com.interview.java.ThreadPoolService$ThreadPool.run(ThreadPoolService.java:43)

我看到错误的原因是试图在队列为空时删除元素。但不应该这样做，因为我在第42行(while (!taskQueue.isEmpty()))执行队列空检查。代码有什么问题，为什么有时运行时没有错误？

Answer 1

在“while”检查和实际删除之间，队列可能被另一个线程修改，可能会导致您提到的错误。这叫做“种族状况”。

因此，为了解决这个问题，您需要一种通过其他线程阻止对队列的访问的方法，要么是“锁定”，要么是使用具有共享锁对象的“同步”块。或者只是通过‘轮询’而不是删除。

Answer 2

BlockingQueue只在单个操作级别上是线程安全的，我在代码中看到了check-then-act操作，它是一个复合操作，不是线程安全的。要使此代码线程安全，请在同步块内执行check-then-act并锁定队列本身。

synchronized(taskQueue) {
       while (!taskQueue.isEmpty()) {
             task = taskQueue.remove();
             task.run();
 }};

优化:如果任务耗时，可以在同步块之外执行它。这样其他线程就不必等到当前任务完成。

Answer 3

代码有什么问题？

您可以在没有同步的情况下从多个线程访问taskQueue字段。您必须执行队列空检查和原子删除操作，这可以使用synchronized关键字完成：

private class ThreadPool extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        Runnable task;

        while (true) {
            synchronized(queue) {
                // give access to taskQueue to one thread at a time 
                if (!taskQueue.isEmpty()) {
                    task = taskQueue.remove();
                }
            }

            try {
                task.run();
            } catch (RuntimeException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

为什么它有时运行时没有错误？

由于JVM线程调度程序的性质:有时它计划线程执行的方式是它们自己同步访问taskQueue。但是，在处理多线程时，不能依赖线程执行顺序，而必须自己同步对共享对象的访问。