java的wait/notify/notifyAll方法怎么正確使用

本篇內容介紹了“java的wait/notify/notifyAll方法怎么正確使用”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

一：為什么 wait 必須在 synchronized 保護的同步代碼中使用？

源碼中對wait方法的介紹如下：

        /**
         * As in the one argument version, interrupts and spurious wakeups are
         * possible, and this method should always be used in a loop:
         * <pre>
         *     synchronized (obj) {
         *         while (&lt;condition does not hold&gt;)
         *             obj.wait();
         *         ... // Perform action appropriate to condition
         *     }
         * </pre>
         * This method should only be called by a thread that is the owner
         * of this object's monitor. See the {@code notify} method for a
         * description of the ways in which a thread can become the owner of
         * a monitor.
         *
         */
        public final void wait() throws InterruptedException {
            wait(0);
        }

意思是說，在使用 wait 方法時，必須把 wait 方法寫在 synchronized 保護的 while 代碼塊中，并始終判斷執行條件是否滿足，如果滿足就往下繼續執行，如果不滿足就執行 wait 方法，而在執行 wait 方法之前，必須先持有對象的 monitor 鎖，也就是通常所說的 synchronized 鎖。

1.1 不這樣做會導致什么問題？

    class BlockingQueue{

        Queue<String> buffer = new LinkedList<>();
        public void give(String data){
            buffer.add(data);
            notify();
        }
        public String take() throws InterruptedException {
            while(buffer.isEmpty()){
                wait();
            }
            return buffer.remove();
        }
    }

在代碼中可以看到有兩個方法，give 方法負責往 buffer 中添加數據，添加完之后執行 notify 方法來喚醒之前等待的線程，而 take 方法負責檢查整個 buffer 是否為空，如果為空就進入等待，如果不為空就取出一個數據，這是典型的生產者消費者的思想。

在如上所示的代碼中沒有正確使用wait()方法，那么可能出現什么異常呢？

1. 首先，消費者線程調用 take 方法并判斷 buffer.isEmpty 方法是否返回 true，若為 true 代表buffer是空的，則線程希望進入等待，但是在線程調用 wait 方法之前（while(buffer.isEmpty())之后），就被調度器暫停了，所以此時還沒來得及執行 wait 方法。

2. 此時生產者開始運行，執行了整個 give 方法，它往 buffer 中添加了數據，并執行了 notify 方法，但 notify 并沒有任何效果，因為消費者線程的 wait 方法沒來得及執行，所以沒有線程在等待被喚醒。

3. 此時，剛才被調度器暫停的消費者線程回來繼續執行 wait 方法并進入了等待，這時消費者便有可能陷入無窮無盡的等待，因為它錯過了剛才 give 方法內的 notify 的喚醒。

ps：上面說的調度器暫停線程，因為在多線程下，CPU 的調度是以時間片為單位進行分配的，每個線程都可以得到一定量的時間片。但如果線程擁有的時間片耗盡，它將會被暫停執行并讓出 CPU 資源給其他線程。而代碼中的“判斷-執行”不是一個原子操作，它在中間有可能被打斷，是線程不安全的，所以說有可能在線程調用 wait 方法之前這個線程就被暫停了。

1.2 wait()方法正確使用方式

    class BlockingQueue{
        Queue<String> buffer = new LinkedList<>();
        public void give(String data){
            synchronized (this){
                buffer.add(data);
                notify();
            }
        }
        public String take() throws InterruptedException {
            synchronized (this){
                while(buffer.isEmpty()){
                    wait();
                }
                return buffer.remove();
            }
        }
    }

這樣就可以確保 notify 方法永遠不會在 buffer.isEmpty 和 wait 方法之間被調用，提升了程序的安全性。另外，wait 方法會釋放 monitor 鎖，這也要求我們必須首先進入到 synchronized 內持有這把鎖。

1.2.1 使用while結構判斷可以避免虛假喚醒問題

線程可能在既沒有被notify/notifyAll，也沒有被中斷或者超時的情況下被喚醒，這種喚醒是我們不希望看到的。然在實際生產中，虛假喚醒發生的概率很小，但是程序依然需要保證在發生虛假喚醒的時候的正確性，所以就需要采用while循環的結構。

while (condition does not hold)
    obj.wait();

這樣即便被虛假喚醒了，也會再次檢查while里面的條件，如果不滿足條件，就會繼續wait，也就消除了虛假喚醒的風險。

二：wait 和 sleep 方法的異同

2.1 相同點

• 它們都可以讓線程阻塞

• 它們都可以響應 interrupt 中斷：在等待的過程中如果收到中斷信號，都可以進行響應，并拋出 InterruptedException 異常。

2.2 不同點

1. wait 方法必須在 synchronized 保護的代碼中使用，而 sleep 方法并沒有這個要求。

2. 在同步代碼中執行 sleep 方法時，并不會釋放 monitor 鎖，但執行 wait 方法時會主動釋放 monitor 鎖。

3. sleep 方法中會要求必須定義一個時間，時間到期后會主動恢復，而對于沒有參數的 wait 方法而言，意味著永久等待，直到被中斷或被喚醒才能恢復，它并不會主動恢復。

4. wait/notify/notifyAll 被定義在 Object 類中，而 sleep 定義在 Thread 類中。

2.2.1 為什么wait/notify/notifyAll 被定義在 Object 類中，而 sleep 定義在 Thread 類中？

首先因為 Java 中每個對象都有一把稱之為 monitor 監視器的鎖，每個對象都可以上鎖，在對象頭中有一個用來保存鎖信息的位置。這個鎖是對象級別的，而非線程級別的，wait/notify/notifyAll 也都是鎖級別的操作，它們的鎖屬于對象，所以把它們定義在 Object 類中是最合適，因為 Object 類是所有對象的父類。

其次，一個線程可能持有多把鎖，以便實現相互配合的復雜邏輯，既然我們是讓當前線程去等待某個對象的鎖，自然應該通過操作對象來實現，而不是操作線程。

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