Java 同步(Synchronization)，等待(wait)通知(notify, notifyall)

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-09-30 07:06 161阅读 0赞

# Java关于同步，等待，通知 #

> 本文翻译Java语言规范中同步部分章节，翻译有问题请参考原文，本文仅在于自己理解Java的wait的原理。  
> 原文链接([https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html\#jls-17.2.1][https_docs.oracle.com_javase_specs_jls_se8_html_jls-17.html_jls-17.2.1])

## 同步（Synchronization） ##

Java编程语言提供了多种线程间的通讯机制。最基本的方法就是同步（Synchronization)，它通过监控器(Monitor）来实现。Java中每一个对象有一个监控器，线程可以锁定/解锁它。同一时间，仅一个线程可以持有监控器的锁。任何其他线程试图获得监控器的锁时会被阻塞，直到它们可以获得监控器的锁。线程可以锁定一个特殊的监控器多次，解锁仅反转一次锁定操作。

同步语句块试图在引用对象的监控器上执行一个锁动作，只有成功锁定，后续语句才会继续执行。当语句块执行完成时（无论正常还是异常），解锁动作自动在同步语句引用的对象上执行。

同步方法在调用时自动执行锁动作，方法体只有在锁成功获取后开始执行。如果方法是实例方法，实例相关的的监控器被调用者锁定(同一对象的多个同步方法共享同一个监控器对象，即this对象的监控器）。如果方法是静态方法，类对象的监控器被锁定。如果方法体执行完成（无论正常还是异常），解锁动作自动再相同的监控器对象上执行。

Java语言既不阻止也不要求死锁条件检测。线程直接或间接在多个对象上锁定时应该使用传统的死锁避免技术，如果需要，创建不会死锁的高级锁原语。

如读写volatile变量或使用java.util.concurrent包中的类提供了使用同步的可替代方法。

### Wait集合和通知 ###

每一个对象，除了拥有一个关联的监控器，还有一个等待集合。一个等待集合是一个线程的集合。

对象刚建立时，等待集合为空。从等待集合添加或删除线程的基本操作时原子性的。等待集合仅仅可以通过Object.wait, Object.notify, Object.notifyAll方法操作。

等待集合的操作会影响线程的中断状态，并且影响线程类处理中断的方法。另外，线程类的sleep和join方法有来自wait或notify动作的属性。

### Wait ###

等待动作发生在wait()/wait(long millisecs)/wait(long millisecs)调用。用0参数调用wait(long millisecs), 或两个0参数调用wait(long millisecs, int nanosecs)时相当于wait()调用。

如果没有抛出InterruptedException中断异常，wait函数正常返回。

假设线程t在对象m上执行wait方法，并假设n为线程t在对象m上执行锁动作的数量。下列动作会发生：  
\- 如果n为零（例如，线程t没有拥有对象m的锁，即监控器对象），则一个IllegalMonitorStateException抛出  
\- 如果是一个带时间参数的wait调用，纳秒参数没有在0-999999范围，或毫秒参数为负值，则IllegalArgumentException抛出；  
\- 如果线程被中断，则一个InterruptedException抛出，并且中断状态设置为false.

*  其他情况，下列顺序发生：
    
    1.  线程t添加到对象m的等待集合，并且在对象m上执行n个**解锁**动作。（这个时候线程会解锁对对象m的监控器对象的锁定）
    2.  线程t直到它从对象m的等待集合中移除时后续代码不会执行。线程会在下列任何一个动作后从等待集合中移除，并在接下来的某一时刻恢复运行:

>  *  在对象m上，一个通知(notify)动作被执行，并且线程t被选中从等待集中移除。
>  *  在对象m上，notifyAll动作被执行
>  *  一个中断动作正在线程t上执行
>  *  如果是带时间的等待调用，如果从wait超时，一个内部动作会从对象m等待集合中移除线程t。
>  *  内部动作依赖于实现，实现允许但不鼓励去执行一个“虚假的唤醒”，即从等待集合删除线程，而没有清晰的指令唤醒线程。
> 
> 注意，这个规定使得以下成为Java编码实践的必需：在循环中使用wait函数，并仅仅在线程所需要等待的逻辑条件满足后增止循环。

每一个线程必须决定从等待集合中删除事件的顺序。这个顺序没有必要和其他顺序一致，但是，线程必须表现得好像这些事件是按顺序发生一样。

例如，如果一个线程t在对象m的等待集合中，然后，线程t中断和对象m的一个通知同时发生，则这些事件必须有一个顺序。如果中断被认为先发生，则线程t将返回一个InterruptedException异常，并且对象m等待集合中的其他线程（如果存在的话）必须接收这个通知。如果通知被认为先发生，则线程t将从wait函数正常返回，并且中断仍然未决中。

1.  线程t在对象m上执行n个锁动作
2.  如果线程t在第2步中由于一个中断从对象m的等待集合中移除，则线程t的中断状态设置为false，并且wait函数抛出InterruptedException.

### 通知 ###

Notification actions occur upon invocation of methods notify and notifyAll.  
通知动作发生在notify和notifyAll方法调用时。

Let thread t be the thread executing either of these methods on object m, and let n be the number of lock actions by t on m that have not been matched by unlock actions. One of the following actions occurs:  
假设线程t是对象m等待集合中的一个线程，并假设n为线程t在对象m上执行锁动作的数量。下列动作发生：

*  如果n为0，则IllegalMonitorStateException异常抛出
    
    > 这有一种情况就是线程t没有拥有对象m的锁
 *  如果n>0, 并且有一个通知动作，如果对象m的等待集合不为空，对象m的等待集合中的一个线程u被选中的，并从等待集合中移除。

> 这儿没有保证哪个线程会被选中。从等待集合中移除线程u从wait动作中恢复。注意，无论如何，线程u的锁动作必须等到线程t完成从m的监控器中解锁后才可以成功恢复。

*    
    
 *  如果n大于0， 并且notifyAll动作，所有的线程从对象m的等待集合中移除，并且恢复执行。

> 注意，无论如何，仅仅它们中的一个依次在wait恢复后可以锁定对象的监控器（Monitors）。

### 中断 ###

中断动作在Thread.interrupt调用时发生，同样，在ThreadGroup.interrupt依次会调用定义的方法。

假设线程t调用某个线程u，u.interrupt，这里，t和u可能是用一个线程。这个动作造成线程u的中断状态设置为true.

另外，如果某个对象m的等待集合包含线程u，则线程u从对象m的等待集合中删除。这个使线程u从一个wait函数中恢复，这种情况下，它重新锁定对象m的监控器后，抛出一个中断异常（InterruptedException)

Thread.isInterrupted调用可以检查线程的中断状态。静态方法可以被一个线程调用以获得并清除它所拥有的中断状态。

### 等待，通知和中断的互动 ###

上面的规范允许我们在使用等待，通知和中断交互时确定必须做的几个属性。

如果一个线程在等待时，通知被通知和中断，它可能：