synchronized, notyfiAlｌの適用について

Question

2つのスレッドを交互に実行できるようにしたい

マルチスレッドを用いてXXとYYが交互に表示されるプログラムを作りたいです。
XXを表示するスレッドを実行
↓
nをfalseとし、wait
↓
YYを表示するスレッドを実行
↓
notifyAllでXXを表示するスレッドを再開し、nをtrueとし、YYを表示するスレッドをwait
↓
以降繰り返し
と考えたのですがうまく動きません。
初心者のため大変見苦しい書き方だとはおもいますがご教授おねがいします。

期待する出力結果
XX
YY
XX
YY
…

該当のソースコード

class ThreadXX2 extends Thread {
   MessagePrint m = null;
   public static boolean n = true;

   public ThreadXX2(MessagePrint nm) {
      super();
      m = nm;
   }

   public synchronized void s1(){
       while(true){
         while (n == true) {
            try {
               wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
         }
         
         m.message("XX");
         n=true;
         notifyAll();
      }
      }

   public void run() {
     s1();
   }
}


class ThreadYY2 extends Thread {
   MessagePrint m = null;

   public ThreadYY2(MessagePrint nm) {
      super();
      m = nm;
   }
   public synchronized void s2(){
       while(true){
         while (ThreadXX2.n == false) {
            try {
               wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
         }
         m.message("YY");
         ThreadXX2.n=false;
         notifyAll();
      }
   }

   public void run() {
     s2();
   }
}


class MessagePrint {
   public void message(String text) {
      System.out.println(text);
   }
}

public class ThreadEx2 {
   public static void main(String[] args) {
      final MessagePrint m = new MessagePrint();
      new ThreadXX2(m).start();
      new ThreadYY2(m).start();
   }
}

Comments

[dodox86]

「boolean n」を、2つのスレッド間の（言うなれば）同期用フラグにしたいのが主題でしょうか。

[namurunrun467]

おっしゃる通りです。
XXの表示を行ったあと「boolean n」の値を変更し自身はwait,もう一方のスレッドにてYYを表示し再び「boolean n」の値を変更、(notyfiAllにて先のwaitしたスレッドを再開し、)このスレッドはwait...繰り返しというのが目標です。

Answer 1

質問者さんのコードが意図通り動作しないのは、waitとnofityAllでモニターしている(対象としている)オブジェクトがそれぞれ別のスレッドのthisであるからです。例えばThreadXX2のs1メソッド内のwait();は、冗長に書くとthis.wait()です。また、notifyAll();に関してもthis.nofityAll()で、自スレッドの待機を解除できるのは自スレッドのみであり、これがThreadXX2とThreadYY2それぞれに言えているので相互に対話していることにならず、停止したままになっています。振り返って考えてみてください。質問者さんの元のコードではそれぞれのスレッドでwait、nofifyAllを実行していますが、コード上で関連しているようには見えないと思いませんか？

様々なやり方はあると思いますが、ある値がtrueであるときにThreadXX2が動き、またそのある値がfalseであるときにThreadYY2が動くようにする、と言うのであれば、そのある値を同期用に共有するオブジェクトにします。尚、質問者さんのオリジナルのコードではその共有値はpublic static boolean n;で扱っていますが、マルチスレッドでの運用では値の更新と読み取り時にガードが甘いものとなり、一貫性が保てなくなります。（今のコードではほとんど問題になりませんが）

そんなことを踏まえた上で修正してみたものが以下のコードです。自作のSignalクラスのインスタンスを共通に参照するオブジェクトとしてtrueのときはThreadXX2、falseのときはThreadYY2が待機を解除して実行を続けるようになっています。synchronizedキーワードを指定している位置が変わっているのにも注意してみてみてください。

class Signal {
    private boolean value;

    public Signal(boolean initial) {
        this.value = initial;
    }

    // 指定のboolean値になるまで待機
    public synchronized void waitFor(boolean value) throws InterruptedException {
        while (this.value != value) {
            this.wait();
        }
    }

    // 指定のboolean値をセットしてnotifyAll(イベント発火)
    public synchronized void setEvent(boolean value) {
        this.value = value;
        this.notifyAll();
    }
}

class ThreadXX2 extends Thread {
    MessagePrint m = null;
    Signal signal = null;

    public ThreadXX2(MessagePrint nm, Signal signal) {
        super();
        m = nm;
        this.signal = signal;
    }

    public void s1() {
        try {
            while (true) {
                System.out.println("ThreadXX2.s1(): while1");

                // trueになるまで待機
                signal.waitFor(true);
                m.message("XX");

                // ThreadYY2のスレッドの待機を解除すべく、falseにセット。
                signal.setEvent(false);

                Thread.sleep(500);
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("ThreadXX2.s1() - Exception:" + e.getMessage());
        }
    }

    public void run() {
        s1();
    }
}

class ThreadYY2 extends Thread {
    MessagePrint m = null;
    Signal signal = null;

    public ThreadYY2(MessagePrint nm, Signal signal) {
        super();
        m = nm;
        this.signal = signal;
    }

    public void s2() {
        try {
            while (true) {
                System.out.println("ThreadYY2.s2(): while1");

                // falseになるまで待機
                signal.waitFor(false);
                m.message("YY");

                // ThreadXX2のスレッドの待機を解除すべく、trueにセット。
                signal.setEvent(true);

                // 視認し易くする為500ミリ秒待機
                Thread.sleep(500);
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("ThreadYY2.s2() - Exception:" + e.getMessage());
        }
    }

    public void run() {
        s2();
    }
}

class MessagePrint {
    public void message(String text) {
        System.out.println(text);
    }
}

public class ThreadEx2 {
    public static void main(String[] args) {

    // 共有のシグナル(イベント)オブジェクトを生成
    Signal signal = new Signal(true);
    final MessagePrint m = new MessagePrint();
        new ThreadXX2(m, signal).start();
        new ThreadYY2(m, signal).start();
    }
}

これを実行すると端末上において以下のような出力が得られます。Javaのバージョンは、OpenJDKの 1.8.0_252 です。

$ javac ThreadEx2.java
$ java ThreadEx2                                                                                                                           
ThreadXX2.s1(): while1
XX
ThreadYY2.s2(): while1
YY
ThreadXX2.s1(): while1
XX
ThreadYY2.s2(): while1
YY
ThreadXX2.s1(): while1
XX
ThreadYY2.s2(): while1
YY
ThreadXX2.s1(): while1
XX
ThreadYY2.s2(): while1
YY
ThreadXX2.s1(): while1
XX
ThreadYY2.s2(): while1
YY
ThreadXX2.s1(): while1
XX
ThreadYY2.s2(): while1
YY
...ずっと続く                            

例をもうひとつ挙げます。waitとnotifyAll(含むnotify)のメソッドはその対象のオブジェクトが合致していればいいわけなので、上記のように共通のオブジェクトを使うのではなく、ThreadXX2とThreadYY2のそれぞれのインスタンスを直接指定することでも相互に待機、解除させることができます。コードの例としては分かりづらい気はするので、参考程度に読んでいただくのが良いかもしれません。これもsynchroizedキーワードの位置に注意してみてください。

class ThreadXX2 extends Thread {
    MessagePrint m = null;
    ThreadYY2 yy2 = null;

    public ThreadXX2(MessagePrint nm) {
        super();
        m = nm;
    }

    public void setThreadYY2(ThreadYY2 yy2) {
        this.yy2 = yy2;
    }

    public void s1(){
        while(true){
            System.out.println("ThreadXX2.s1(): while1");
            m.message("XX");
            synchronized(yy2) {
                yy2.notifyAll();
            }

            try {
                synchronized(this) {
                    wait();
                }

                Thread.sleep(500);
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("ThreadXX2.s1(): Exception " + e.getMessage());
            }
        }
    }

    public void run() {
        s1();
    }
}

class ThreadYY2 extends Thread {
    MessagePrint m = null;
    ThreadXX2 xx2 = null;

    public ThreadYY2(MessagePrint nm) {
        super();
        m = nm;
    }

    public void setThreadXX2(ThreadXX2 xx2) {
        this.xx2 = xx2;
    }

    public void s2(){
        while(true){
            System.out.println("ThreadYY2.s2(): while1");
            m.message("YY");
            synchronized(xx2) {
                xx2.notifyAll();
            }

            try {
                synchronized(this) {
                    wait();
                }

                Thread.sleep(500);
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("ThreadYY2.s2(): Exception " + e.getMessage());
            }
        }
    }

    public void run() {
        s2();
    }
}

class MessagePrint {
    public void message(String text) {
        System.out.println(text);
    }
}

public class ThreadEx2 {
    public static void main(String[] args) {
        final MessagePrint m = new MessagePrint();
        ThreadXX2 xx2 = new ThreadXX2(m);
        ThreadYY2 yy2 = new ThreadYY2(m);

        xx2.setThreadYY2(yy2);
        yy2.setThreadXX2(xx2);

        xx2.start();
        yy2.start();

        /*
        xx2.join();
        yy2.join();
        */
    }
}

Comments

[namurunrun467]

回答ありがとうございます。
私はオブジェクト指向というものの理解が追い付いてなかったようです。回答者様のご指摘にはっときづかされました。今後参考にさせていただき、精進したいと思います。