Java的wait(), notify()和notifyAll()使用心得

更新時間：2013年08月21日 14:46:00 作者：

本篇文章是對java的 wait(),notify(),notifyAll()進行了詳細的分析介紹，需要的朋友參考下

wait(),notify()和notifyAll()都是java.lang.Object的方法：
wait(): Causes the current thread to wait until another thread invokes the notify() method or the notifyAll() method for this object.
notify(): Wakes up a single thread that is waiting on this object's monitor.
notifyAll(): Wakes up all threads that are waiting on this object's monitor.
這三個方法，都是Java語言提供的實現(xiàn)線程間阻塞(Blocking)和控制進程內(nèi)調(diào)度(inter-process communication)的底層機制。在解釋如何使用前，先說明一下兩點：
1. 正如Java內(nèi)任何對象都能成為鎖(Lock)一樣，任何對象也都能成為條件隊列(Condition queue)。而這個對象里的wait(), notify()和notifyAll()則是這個條件隊列的固有(intrinsic)的方法。
2. 一個對象的固有鎖和它的固有條件隊列是相關的，為了調(diào)用對象X內(nèi)條件隊列的方法，你必須獲得對象X的鎖。這是因為等待狀態(tài)條件的機制和保證狀態(tài)連續(xù)性的機制是緊密的結(jié)合在一起的。
(An object's intrinsic lock and its intrinsic condition queue are related: in order to call any of the condition queue methods on object X, you must hold the lock on X. This is because the mechanism for waiting for state-based conditions is necessarily tightly bound to the mechanism fo preserving state consistency)
根據(jù)上述兩點，在調(diào)用wait(), notify()或notifyAll()的時候，必須先獲得鎖，且狀態(tài)變量須由該鎖保護，而固有鎖對象與固有條件隊列對象又是同一個對象。也就是說，要在某個對象上執(zhí)行wait，notify，先必須鎖定該對象，而對應的狀態(tài)變量也是由該對象鎖保護的。
知道怎么使用后，我們來問下面的問題：
1. 執(zhí)行wait, notify時，不獲得鎖會如何？
請看代碼：

復制代碼代碼如下:

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

執(zhí)行以上代碼，會拋出java.lang.IllegalMonitorStateException的異常。
2. 執(zhí)行wait, notify時，不獲得該對象的鎖會如何？
請看代碼：

復制代碼代碼如下:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object obj = new Object();
        Object lock = new Object();
        synchronized (lock) {
            obj.wait();
            obj.notifyAll();
        }
    }

執(zhí)行代碼，同樣會拋出java.lang.IllegalMonitorStateException的異常。
3. 為什么在執(zhí)行wait, notify時，必須獲得該對象的鎖？
這是因為，如果沒有鎖，wait和notify有可能會產(chǎn)生競態(tài)條件(Race Condition)?？紤]以下生產(chǎn)者和消費者的情景：
1.1生產(chǎn)者檢查條件（如緩存滿了）-> 1.2生產(chǎn)者必須等待
2.1消費者消費了一個單位的緩存 -> 2.2重新設置了條件（如緩存沒滿） -> 2.3調(diào)用notifyAll()喚醒生產(chǎn)者
我們希望的順序是： 1.1->1.2->2.1->2.2->2.3
但在多線程情況下，順序有可能是 1.1->2.1->2.2->2.3->1.2。也就是說，在生產(chǎn)者還沒wait之前，消費者就已經(jīng)notifyAll了，這樣的話，生產(chǎn)者會一直等下去。
所以，要解決這個問題，必須在wait和notifyAll的時候，獲得該對象的鎖，以保證同步。
請看以下利用wait，notify實現(xiàn)的一個生產(chǎn)者、一個消費者和一個單位的緩存的簡單模型：

復制代碼代碼如下:

public class QueueBuffer {
    int n;
    boolean valueSet = false;
    synchronized int get() {
        if (!valueSet)
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("InterruptedException caught");
            }
        System.out.println("Got: " + n);
        valueSet = false;
        notify();
        return n;
    }
    synchronized void put(int n) {
        if (valueSet)
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("InterruptedException caught");
            }
        this.n = n;
        valueSet = true;
        System.out.println("Put: " + n);
        notify();
    }
}

復制代碼代碼如下:

public class Producer implements Runnable {
    private QueueBuffer q;
    Producer(QueueBuffer q) {
        this.q = q;
        new Thread(this, "Producer").start();
    }
    public void run() {
        int i = 0;
        while (true) {
            q.put(i++);
        }
    }
}

復制代碼代碼如下:

public class Consumer implements Runnable {
    private QueueBuffer q;
    Consumer(QueueBuffer q) {
        this.q = q;
        new Thread(this, "Consumer").start();
    }
    public void run() {
        while (true) {
            q.get();
        }
    }
}

復制代碼代碼如下:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        QueueBuffer q = new QueueBuffer(); 
        new Producer(q); 
        new Consumer(q); 
        System.out.println("Press Control-C to stop."); 
    }
}

所以，JVM通過在執(zhí)行的時候拋出IllegalMonitorStateException的異常，來確保wait, notify時，獲得了對象的鎖，從而消除隱藏的Race Condition。
最后來看看一道題：寫一個多線程程序，交替輸出1,2,1,2,1,2......
利用wait, notify解決：

復制代碼代碼如下:

public class OutputThread implements Runnable {
    private int num;
    private Object lock;
    public OutputThread(int num, Object lock) {
        super();
        this.num = num;
        this.lock = lock;
    }
    public void run() {
        try {
            while(true){
                synchronized(lock){
                    lock.notifyAll();
                    lock.wait();
                    System.out.println(num);
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        final Object lock = new Object();
        Thread thread1 = new Thread(new OutputThread(1,lock));
        Thread thread2 = new Thread(new OutputThread(2, lock));
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

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