如何在 Java 中正确使用 wait，notify 和 notifyAll

如何在 Java 中正确使用 wait，notify 和 notifyAll

wait, notify 和 notifyAll，这些在多线程中被经常用到的保留关键字，在实际开发的时候很多时候却并没有被大家重视。本文对这些关键字的使用进行了描述。

在 Java 中可以用 wait、notify 和 notifyAll
来实现线程间的通信。。举个例子，如果你的Java程序中有两个线程——即生产者和消费者，那么生产者可以通知消费者，让消费者开始消耗数据，因为队列缓
冲区中有内容待消费（不为空）。相应的，消费者可以通知生产者可以开始生成更多的数据，因为当它消耗掉某些数据后缓冲区不再为满。

我们可以利用wait()来让一个线程在某些条件下暂停运行。例如，在生产者消费者模型中，生产者线程在缓冲区为满的时候，消费者在缓冲区为空的时
候，都应该暂停运行。如果某些线程在等待某些条件触发，那当那些条件为真时，你可以用 notify 和 notifyAll
来通知那些等待中的线程重新开始运行。不同之处在于，notify 仅仅通知一个线程，并且我们不知道哪个线程会收到通知，然而 notifyAll
会通知所有等待中的线程。换言之，如果只有一个线程在等待一个信号灯，notify和notifyAll都会通知到这个线程。但如果多个线程在等待这个信
号灯，那么notify只会通知到其中一个，而其它线程并不会收到任何通知，而notifyAll会唤醒所有等待中的线程。

在这篇文章中你将会学到如何使用 wait、notify 和 notifyAll 来实现线程间的通信，从而解决生产者消费者问题。如果你想要更深入地学习Java中的多线程同步问题，我强烈推荐阅读Brian Goetz所著的《Java Concurrency in Practice | Java 并发实践》，不读这本书你的 Java 多线程征程就不完整哦！这是我最向Java开发者推荐的书之一。

如何使用Wait

尽管关于wait和notify的概念很基础，它们也都是Object类的函数，但用它们来写代码却并不简单。如果你在面试中让应聘者来手写代码，
用wait和notify解决生产者消费者问题，我几乎可以肯定他们中的大多数都会无所适从或者犯下一些错误，例如在错误的地方使用
synchronized 关键词，没有对正确的对象使用wait，或者没有遵循规范的代码方法。说实话，这个问题对于不常使用它们的程序员来说确实令人感觉比较头疼。

第一个问题就是，我们怎么在代码里使用wait()呢？因为wait()并不是Thread类下的函数，我们并不能使用
Thread.call()。事实上很多Java程序员都喜欢这么写，因为它们习惯了使用Thread.sleep()，所以他们会试图使用wait()

来达成相同的目的，但很快他们就会发现这并不能顺利解决问题。正确的方法是对在多线程间共享的那个Object来使用wait。在生产者消费者问题中，这
个共享的Object就是那个缓冲区队列。

第二个问题是，既然我们应该在synchronized的函数或是对象里调用wait，那哪个对象应该被synchronized呢？答案是，那个

你希望上锁的对象就应该被synchronized，即那个在多个线程间被共享的对象。在生产者消费者问题中，应该被synchronized的就是那个
缓冲区队列。（我觉得这里是英文原文有问题……本来那个句末就不应该是问号不然不太通……）

永远在循环（loop）里调用 wait 和 notify，不是在 If 语句

现在你知道wait应该永远在被synchronized的背景下和那个被多线程共享的对象上调用，下一个一定要记住的问题就是，你应该永远在
while循环，而不是if语句中调用wait。因为线程是在某些条件下等待的——在我们的例子里，即“如果缓冲区队列是满的话，那么生产者线程应该等
待”，你可能直觉就会写一个if语句。但if语句存在一些微妙的小问题，导致即使条件没被满足，你的线程你也有可能被错误地唤醒。所以如果你不在线程被唤

醒后再次使用while循环检查唤醒条件是否被满足，你的程序就有可能会出错——例如在缓冲区为满的时候生产者继续生成数据，或者缓冲区为空的时候消费者
开始小号数据。所以记住，永远在while循环而不是if语句中使用wait！我会推荐阅读《Effective Java》，这是关于如何正确使用wait和notify的最好的参考资料。

基于以上认知，下面这个是使用wait和notify函数的规范代码模板：
// The standard idiom for calling the wait method in Java synchronized (sharedObject) { while (condition) { sharedObject.wait(); // (Releases lock, and reacquires on wakeup) } // do action based upon condition e.g. take or put into queue }

就像我之前说的一样，在while循环里使用wait的目的，是在线程被唤醒的前后都持续检查条件是否被满足。如果条件并未改变，wait被调用之前notify的唤醒通知就来了，那么这个线程并不能保证被唤醒，有可能会导致死锁问题。

Java wait(), notify(), notifyAll() 范例

下面我们提供一个使用wait和notify的范例程序。在这个程序里，我们使用了上文所述的一些代码规范。我们有两个线程，分别名为
PRODUCER（生产者）和CONSUMER（消费者），他们分别继承了了Producer和Consumer类，而Producer和
Consumer都继承了Thread类。Producer和Consumer想要实现的代码逻辑都在run()函数内。Main线程开始了生产者和消费
者线程，并声明了一个LinkedList作为缓冲区队列（在Java中，LinkedList实现了队列的接口）。生产者在无限循环中持续往
LinkedList里插入随机整数直到LinkedList满。我们在while(queue.size ==
maxSize)循环语句中检查这个条件。请注意到我们在做这个检查条件之前已经在队列对象上使用了synchronized关键词，因而其它线程不能在
我们检查条件时改变这个队列。如果队列满了，那么PRODUCER线程会在CONSUMER线程消耗掉队列里的任意一个整数，并用notify来通知
PRODUCER线程之前持续等待。在我们的例子中，wait和notify都是使用在同一个共享对象上的。
import java.util.LinkedList; import java.util.Queue; import java.util.Random; public class ProducerConsumerInJava { public static void main(String args[]) { System.out.println("How to use wait and notify method in Java"); System.out.println("Solving Producer Consumper Problem"); Queue buffer = new LinkedList<>(); int maxSize = 10; Thread producer = new Producer(buffer, maxSize, "PRODUCER"); Thread consumer = new Consumer(buffer, maxSize, "CONSUMER"); producer.start(); consumer.start(); } } class Producer extends Thread { private Queue queue; private int maxSize; public Producer(Queue queue, int maxSize, String name){ super(name); this.queue = queue; this.maxSize = maxSize; } @Override public void run() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.size() == maxSize) { try { System.out .println("Queue is full, " + "Producer thread waiting for " + "consumer to take something from queue"); queue.wait(); } catch (Exception ex) { ex.printStackTrace(); } } Random random = new Random(); int i = random.nextInt(); System.out.println("Producing value : " + i); queue.add(i); queue.notifyAll(); } } } } class Consumer extends Thread { private Queue queue; private int maxSize; public Consumer(Queue queue, int maxSize, String name){ super(name); this.queue = queue; this.maxSize = maxSize; } @Override public void run() { while (true) { synchronized (queue) { while (queue.isEmpty()) { System.out.println("Queue is empty," + "Consumer thread is waiting" + " for producer thread to put something in queue"); try { queue.wait(); } catch (Exception ex) { ex.printStackTrace(); } } System.out.println("Consuming value : " + queue.remove()); queue.notifyAll(); } } } }

为了更好地理解这个程序，我建议你在debug模式里跑这个程序。一旦你在debug模式下启动程序，它会停止在PRODUCER或者
CONSUMER线程上，取决于哪个线程占据了CPU。因为两个线程都有wait()的条件，它们一定会停止，然后你就可以跑这个程序然后看发生什么了
（很有可能它就会输出我们以上展示的内容）。你也可以使用Eclipse里的Step into和Step over按钮来更好地理解多线程间发生的事情。

本文重点：

1. 你可以使用wait和notify函数来实现线程间通信。你可以用它们来实现多线程（>3）之间的通信。

2. 永远在synchronized的函数或对象里使用wait、notify和notifyAll，不然Java虚拟机会生成 IllegalMonitorStateException。

3. 永远在while循环里而不是if语句下使用wait。这样，循环会在线程睡眠前后都检查wait的条件，并在条件实际上并未改变的情况下处理唤醒通知。

4. 永远在多线程间共享的对象（在生产者消费者模型里即缓冲区队列）上使用wait。

5. 基于前文提及的理由，更倾向用 notifyAll()，而不是 notify()。

这是关于Java里如何使用wait,
notify和notifyAll的所有重点啦。你应该只在你知道自己要做什么的情况下使用这些函数，不然Java里还有很多其它的用来解决同步问题的方

案。例如，如果你想使用生产者消费者模型的话，你也可以使用BlockingQueue，它会帮你处理所有的线程安全问题和流程控制。如果你想要某一个线

程等待另一个线程做出反馈再继续运行，你也可以使用CycliBarrier或者CountDownLatch。如果你只是想保护某一个资源的话，你也可
以使用Semaphore。

wait，notify 和 notifyAll 只能用在包含 synchronized 的方法 ，或 同步代码块中 个人认为wait notify 和 notifyAll 不是保留关键字, 因为是 Object 的方法. 所以每一个类都有. wait ()使线程进入--->等待队列,当前线程会抛弃所持有的锁. 当使用 notify 或 notifyAll 可以将当前的线程从 等待队列 进入到 锁池

wait和notify，多线程之间需要协调工作。 例如，浏览器的一个显示图片的 displayThread想要执行显示图片的任务，必须等待下载线程downloadThread将该图片下载完毕。如果图片还没有下载完，displayThread可以暂停，当downloadThread完成了任务后，再通知displayThread“图片准备完毕，可以显示了”，这时，displayThread继续执行。 以上逻辑简单的说就是：如果条件不满足，则等待。当条件满足时，等待该条件的线程将被唤醒。在Java中，这个机制的实现依赖于wait/notify。等待机制与锁机制是密切关联的。每个对象都有wait()，notify()，notifyAll()。因为每个对象都有锁，锁是每个对象的基础。 wait方法会使当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的notify()方法或notifyAll()方法，或被其他线程中断。wait方法与notify方法必须在同步块内执行，即synchronized(obj)之内。再者synchronized代码块内没有锁是寸步不行的，所以线程要继续执行必须获得锁，相辅相成。 notify唤醒在此对象等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程(随机)。直到当前的线程放弃此对象上的锁，才能继续执行被唤醒的线程。同wait方法一样，notify只能由持有对像锁的线程来调用。notifyall也一样，不同的是notifyall会唤配所有在此对象锁上等待的线程。

在 java 中可以用 wait、notify 和 notifyall 来实现线程间的通信。 1）利用wait()来让一个线程在某些条件下暂停运行。 例如，在生产者消费者模型中，生产者线程在缓冲区为满的时候，消费者在缓冲区为空的时 候，都应该暂停运行。 2）notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程，如果有多个线程都在等待这个对象的monitor，则只能唤醒其中一个线程。 3） notifyall()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程。 举个简单的例子：假如有三个线程thread1、thread2和thread3都在等待对象objecta的monitor，此时thread4拥有对象objecta的monitor，当在thread4中调用objecta.notify()方法之后，thread1、thread2和thread3只有一个能被唤醒。 注意，被唤醒不等于立刻就获取了objecta的monitor。假若在thread4中调用objecta.notifyall()方法，则thread1、thread2和thread3三个线程都会被唤醒，至于哪个线程接下来能够获取到objecta的monitor就具体依赖于操作系统的调度。

wait(),notify(),notifyAll()都不属于Thread类,而是属于Object基础类,也就是说每个对像都有wait(),notify(),notifyAll()的功能.因为都个对像都有锁,锁是每个对像的基础,当然操作锁的方法也是最基础了. 　　先看java 文档怎么说: 　　wait导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法。当前的线程必须拥有此对象监视器。该线程发布对此监视器的所有权并等待，直到其他线程通过调用 notify 方法，或 notifyAll 方法通知在此对象的监视器上等待的线程醒来。然后该线程将等到重新获得对监视器的所有权后才能继续执行. 　　notify唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。直到当前的线程放弃此对象上的锁定，才能继续执行被唤醒的线程。此方法只应由作为此对象监视器的所有者的线程来调用. 　　"当前的线程必须拥有此对象监视器"与"此方法只应由作为此对象监视器的所有者的线程来调用"说明wait方法与notify方法必须在同步块内执行,即synchronized(obj之内). 　　调用对像wait方法后,当前线程释放对像锁,进入等待状态.直到其他线程(也只能是其他线程)通过notify 方法，或 notifyAll.该线程重新获得对像锁. 　　继续执行,记得线程必须重新获得对像锁才能继续执行.因为synchronized代码块内没有锁是寸步不能走的

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