ArrayBlockingQueue NoSuchElementException 异常

Question

为了学习，我为自定义线程池编写了以下代码，参考并编辑显示的代码here.

如代码所示，我将 ArrayBlockingQueue 用于任务队列。

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);
        }
    }
}

此代码有时运行良好，有时会出错。

成功输出：

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在队列为空时尝试删除元素。但这不应该，因为我正在第 42 行 (while (!taskQueue.isEmpty())) 进行队列空检查。代码有什么问题，以及为什么它有时可以正常运行？

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，可能导致您提到的错误。这叫做 'race condition'.

因此，为了解决这个问题，您需要一种方法来阻止其他线程对队列的访问，或者通过 'locking'，使用带有共享锁对象的 'synchronized' 块。或者简单地通过 'polling' 而不是删除。

Answer 2

BlockingQueue 仅在单个操作上是线程安全的 level.I我在代码中看到 check-then-act 操作是一个非线程安全的复合操作。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：如果是比较耗时的任务，可以在synchronized块外执行。这样其他线程就不必等到当前任务完成。

Answer 3

What is wrong with code?

您从多个线程访问 taskQueue 字段而不同步。您必须以原子方式执行队列空检查和删除操作，这可以使用 synchronized 关键字来完成：

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();
            }
        }
    }
}

why it runs without error sometimes?

由于 JVM 线程调度程序的性质：有时它会以线程自己同步访问 taskQueue 的方式来计划线程执行。但是在处理多线程的时候，不能依赖线程的执行顺序，必须自己同步访问共享对象。

ArrayBlockingQueue NoSuchElementException 异常

ArrayBlockingQueue NoSuchElementException

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