java的wait/notify/notifyAll方法怎么正確使用

本篇內(nèi)容介紹了“java的wait/notify/notifyAll方法怎么正確使用”的有關(guān)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(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

一：為什么 wait 必須在 synchronized 保護(hù)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(hù)的 while 代碼塊中，并始終判斷執(zhí)行條件是否滿足，如果滿足就往下繼續(xù)執(zhí)行，如果不滿足就執(zhí)行 wait 方法，而在執(zhí)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(dǎo)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(fù)責(zé)往 buffer 中添加數(shù)據(jù)，添加完之后執(zhí)行 notify 方法來喚醒之前等待的線程，而 take 方法負(fù)責(zé)檢查整個 buffer 是否為空，如果為空就進(jìn)入等待，如果不為空就取出一個數(shù)據(jù)，這是典型的生產(chǎn)者消費(fèi)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(xiàn)什么異常呢？

1. 首先，消費(fèi)者線程調(diào)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(jìn)入等待，但是在線程調(diào)用 wait 方法之前（while(buffer.isEmpty())之后），就被調(diào)度器暫停了，所以此時還沒來得及執(zhí)行 wait 方法。

2. 此時生產(chǎn)者開始運(yùn)行，執(zhí)行了整個 give 方法，它往 buffer 中添加了數(shù)據(jù)，并執(zhí)行了 notify 方法，但 notify 并沒有任何效果，因為消費(fèi)者線程的 wait 方法沒來得及執(zhí)行，所以沒有線程在等待被喚醒。

3. 此時，剛才被調(diào)度器暫停的消費(fèi)者線程回來繼續(xù)執(zhí)行 wait 方法并進(jìn)入了等待，這時消費(fèi)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(nèi)的 notify 的喚醒。

ps：上面說的調(diào)度器暫停線程，因為在多線程下，CPU 的調(diào)度是以時間片為單位進(jìn)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(zhí)行并讓出 CPU 資源給其他線程。而代碼中的“判斷-執(zhí)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(diào)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(yuǎn)不會在 buffer.isEmpty 和 wait 方法之間被調(diào)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(jìn)入到 synchronized 內(nèi)持有這把鎖。

1.2.1 使用while結(jié)構(gòu)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(chǎn)中，虛假喚醒發(fā)生的概率很小，但是程序依然需要保證在發(fā)生虛假喚醒的時候的正確性，所以就需要采用while循環(huán)的結(jié)構(gòu)。

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(xù)wait，也就消除了虛假喚醒的風(fēng)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(yīng) interrupt 中斷：在等待的過程中如果收到中斷信號，都可以進(jìn)行響應(yīng)，并拋出 InterruptedException 異常。

2.2 不同點

1. wait 方法必須在 synchronized 保護(hù)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(zhí)行 sleep 方法時，并不會釋放 monitor 鎖，但執(zhí)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(fù)，而對于沒有參數(shù)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(fù)，它并不會主動恢復(fù)。

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(jiān)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(xiàn)相互配合的復(fù)雜邏輯，既然我們是讓當(dāng)前線程去等待某個對象的鎖，自然應(yīng)該通過操作對象來實現(xiàn)，而不是操作線程。

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