理解Java并发编程：Object的wait/notify/notifyAll方法解析

╰半夏微凉° 2022-09-14 11:10 157阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  wait/notify/notifyAll
     *   *  wait
         *  notify
         *  notifyAll
         *  案例

掌握Java并发编程是深入理解Java的必经之路。市面上许多高性能的开源框架中都用到了Java并发编程技术。本专栏从Java并发相关的知识点逐一切入，循序渐进，最终将Java并发相关的知识完美地呈现在读者面前。

首先要讲解的是Object类的用于线程间通信的方法。

## wait/notify/notifyAll ##

谈到并发控制，就不得不提Object类提供的线程间通信方式。Object类提供了三个用于线程间通信的方法：wait/notify/notifyAll。所有的Java对象都自然继承这些方法。下面对这些方法一一讲解。

### wait ###

调用对象的wait()方法会使当前线程等待，直到另一个线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法。

调用wait方法时，当前线程必须先拥有此对象的监视器(monitor)，否则报错。调用wait方法后，线程释放此监视器的所有权并等待，直到另一个线程通过调用notify方法或notifyAll方法唤醒在此对象监视器上等待的线程。被唤醒的线程与其它线程公平竞争该对象的锁，直到它可以重新获得对象监视器的所有权后才恢复执行。

**划重点**：对象的wait()方法只能被此对象监视器(monitor)的所有者的线程调用。也就是说当调用wait方法时，首先要确保调用wait方法的线程已经获得了对象的锁。

中断和**虚假唤醒**是可能的，因此应该向下面示例这样，始终在循环中调用wait方法，而不是使用if判断。

synchronized (obj) { 
        while (<condition does not hold>)
              obj.wait();
              ... // Perform action appropriate to condition
    }

wait方法有个重载的版本，即`wait(long timeout)`，`timeout`为等待的最长时间（以毫秒为单位）

调用wait()方法等价于调用wait(0)方法。换句话说，wait()方法的行为和调用 wait(0) 一样。

调用wait(timeout)方法会导致当前线程等待，直到另一个线程调用此对象的notify()方法或notifyAll()方法，或者指定的时间量已经过去。和wait方法一样，调用wait(timeout)方法时当前线程必须拥有此对象的监视器。

wait(timeout)方法使当前线程（称之为T）将自己置于此对象的等待集(wait set)中，然后放弃对此对象的所有同步声明。 线程T出于线程调度目的而被禁用并处于休眠状态，直到发生以下四种情况之一：

*  某个其它线程调用了此对象的notify方法，而线程T恰好被任意选择为要唤醒的线程。
 *  其他一些线程调用了此对象notifyAll方法。
 *  其他一些线程中断了线程T 。
 *  等待已经过了指定的时间。如果timeout为零，则不考虑等待时间，线程只是等待直到收到通知。

然后，线程T从该对象的等待集中移除，并重新启用线程调度。 然后它以正常的方式与其他线程竞争在对象上同步的权利； 一旦它获得了对象的控制权，它对对象的所有同步声明都将恢复到之前的状态。也就是说，恢复到调用wait方法时的情况。 然后线程T从wait方法的调用中返回。 因此，从wait方法返回时，对象和线程T的同步状态与调用wait方法时完全相同。

线程也可以在没有被通知、中断或超时的情况下唤醒，即所谓的**虚假唤醒**。 虽然这在实践中很少发生，但应用程序必须再次判断导致线程被唤醒的条件来防止**虚假唤醒**，如果条件不满足则继续等待。 换句话说，等待应该总是在循环中发生，就像下面的例子一样。

这里使用while循环判断而不是if单次判断，保证满足条件才会继续执行。

synchronized (obj) { 
         while (<condition does not hold>)
              obj.wait(timeout);
              ... // Perform action appropriate to condition
    }

如果调用对象的wait方法时当前线程没有获得对象的monitor，则会抛出异常，例如下面这个例子。

public class Test1 { 
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            Object o = new Object();
            o.wait();
        }
    }

运行时异常

Exception in thread "main" java.lang.IllegalMonitorStateException
    	at java.lang.Object.wait(Native Method)
    	at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
    	at com.bigbird.conc.Test1.main(Test1.java:6)

当前线程必须拥有该对象的监视器(monitor)，才能调用该对象的wait()方法。

获得某个对象的同步监视器可以使用`synchronized`关键字，一旦进入到synchronized块内，该线程必然获取到了对象的监视器。

public class Test1 { 
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            Object o = new Object();
            synchronized (o){ 
                o.wait();
            }
        }
    }

**Tip**：sleep()方法和wait()方法的区别

在调用对象的wait()方法时，线程必须持有被调用对象的锁(monitor)；调用wait()方法后，线程就会释放掉该对象的锁。而在调用线程的sleep()方法时，不需要获得对象的monitor，也不会释放任何该线程持有的对象的锁(monitor)。

### notify ###

调用对象的notify()方法会唤醒一个正在等待这个对象的锁的线程。如果有多个线程都在等待这个对象的锁，则会任意选择其中一个将其唤醒。正如前文所述，一个线程可以通过调用该对象的wait()方法来等待该对象的锁。被唤醒的线程不会继续执行，而是和其它线程一样共同竞争该对象的锁。获得对象的锁之后才会继续执行。

和wait()方法一样，调用对象的notify()方法的线程也必须先持有该对象的锁(monitor)。

获取对象的锁(monitor)的方式有下列几种：

*  调用该对象的一个用synchronized修饰的实例方法
 *  通过执行一个由synchronized修饰的代码块
 *  通过调用类的一个synchronized static 修饰的类方法来获得Class类型对象的锁

一个对象的锁(monitor)同一时刻只能被一个线程拥有。

### notifyAll ###

调用对象的notifyAll()方法会唤醒等待此对象锁(monitor)的所有线程，即该对象等待集合(wait set)中的所有线程被唤醒。

前文已经介绍了，一个线程可以通过调用某个对象的wait()方法使其等待该对象的锁，即进入该对象的等待集合。

被唤醒的线程不会继续执行直到其获得该对象的锁。被唤醒的线程和其它线程相比，在对象锁的竞争上没有什么劣势或者优势，它们公平竞争对象的同步锁(monitor)，都有可能成为该对象锁的下一个持有者。

和wait()、notify()方法一样，一个对象的notifyAll()方法只能被持有这个对象的monitor的线程所调用。

获取对象的锁(monitor)的3种方式上面已经介绍，无疑离不开synchronized关键字。

### 案例 ###

结合一个案例讲解一下上述几个方法的应用。

需求描述：创建一个计数器对象，提供加一和减一方法。创建多个线程调用该对象的加一、减一方法。

并输出这样一个结果序列：10101010…

代码如下：

//计数器对象
    public class MyCounter { 
        private int counter;
        public synchronized void increase() throws InterruptedException { 
            //此处不能用if判断，必须放到循环中判断
            while (counter != 0) { 
                wait();
            }
            counter++;
            System.out.println(counter);
            notify();
        }
    
        public synchronized void decrease() throws InterruptedException { 
            while (counter != 1) { 
                wait();
            }
            counter--;
            System.out.println(counter);
            notify();
        }
    }

//加1线程
    public class IncreaseThread extends Thread { 
        private MyCounter counter;
        public IncreaseThread(MyCounter counter) { 
            this.counter = counter;
        }
    
        @Override
        public void run() { 
            for (int i = 0; i < 20; i++) { 
                try { 
                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
                    counter.increase();
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

//减1线程
    public class DecreaseThread extends Thread { 
        private MyCounter counter;
        public DecreaseThread(MyCounter counter) { 
            this.counter = counter;
        }
    
        @Override
        public void run() { 
            for (int i = 0; i < 20; i++) { 
                try { 
                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
                    counter.decrease();
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

测试

public class MainApp { 
        public static void main(String[] args) { 
            MyCounter myCounter = new MyCounter();
            IncreaseThread increaseThread1 = new IncreaseThread(myCounter);
            IncreaseThread increaseThread2 = new IncreaseThread(myCounter);
            DecreaseThread decreaseThread1 = new DecreaseThread(myCounter);
            DecreaseThread decreaseThread2 = new DecreaseThread(myCounter);
            increaseThread1.start();
            increaseThread2.start();
            decreaseThread1.start();
            decreaseThread2.start();
        }
    }

控制台输出`1010101010....`，符合预期。也可以将while循环判断改成if判断，看看结果是否满足预期。

未完待续…请关注公众号【程猿薇茑】