Java Thread wait、notify与notifyAll

Java的Object类包含了三个final方法，允许线程就资源的锁定状态进行通信。这三个方法分别是：wait(),notify(),notifyAll()，今天来了解一下这三个方法。在任何对象上调用这些方法的当前线程应具有对象监视器（锁住了一个对象，就是获得对象相关联的监视器），否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException异常。

wait

Object.wait有三种重载的实现，一个无限期等待任何其他线程地调用对象的notify或notifyAll方法来唤醒当前线程。 其他两个会使当前线程在等待特定的时间后进行唤醒。

wait()

使得当前线程进程等待，直到另一个线程在这个对象上调用了notify()方法或者notifyAll()方法。这个方法的行为，完全等价于调用wait(0)，可以看它的实现代码为：

    public final void wait() throws InterruptedException {
        wait(0);
    }

当前的线程必须获得这个对象的监视器。线程释放了监视器的所有权，直到另一个线程调用notify方法或者notifyAll方法，去唤醒在这个对象监视器上等待的其他线程。释放了监视器的所有权后，线程便进行等待，直到重新获得监视器的所有权并恢复执行。处于wait状态中的线程，可能被中断或虚假唤醒，所以这个方法应该总是在一个循环中使用：

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

虚假唤醒指的是一些obj.wait()会在除了obj.notify()和obj.notifyAll()的其他情况被唤醒，而此时是不应该唤醒的，更详细的可以看Spurious_wakeup。

方法会抛出两种异常：

IllegalMonitorStateException：如果当前线程没有获得当前对象的监视器。

InterruptedException：如果某个线程在当前线程等待通知的时候，或是在等待通知之前中断了当前线程，当抛出这个异常时，当前线程的中断状态被清除。

wait(long timeout)

该方法会使得当前进程进入wait状态直到另一个线程调用notify/notifyAll，或是经过了指定的时间，线程将被唤醒。该方法会抛出异常：

IllegalArgumentException：如果timeout是负数。

wait(long timeout, int nanos)

同样的，该方法会使得当前进程进入wait状态直到另一个线程调用notify/notifyAll。它可以更加精细地控制等待的时间，以纳秒为单位测量的实时量由下式给出：1000000*timeout+nanos。除此之外，这个方法与wait(long)做相同的事情，特别的，wait(0,0)等价于wait(0)。除了其余两个wait方法会抛出的异常外，这个方法会抛出异常：

IllegalArgumentException：如果timeout是负数，或者nanos的范围不在0-999999之间时，抛出该异常。

notify

notify方法只唤醒等待对象的一个线程，并且该线程开始执行。所以如果有多个线程在等待一个对象，这个方法只会唤醒其中的一个。线程的选择取决于线程管理的OS实现。

notifyAll

notifyAll方法唤醒等待对象的所有线程，但哪一个将首先处理取决于操作系统的实现。

这些方法可用于实现生产者消费者问题，其中消费者线程正在等待队列中的对象，生产者线程将对象放入队列中并通知等待的线程。下面是一个多个线程工作在同一个对象上的例子，使用了wait,notify,notifyAll方法：

一个例子

Message ：被通知唤醒的对象

public class Message {
    private String msg;

    public Message(String str){
        this.msg=str;
    }

    public String getMsg() {
        return msg;
    }

    public void setMsg(String str) {
        this.msg=str;
    }

}

Notifier：执行唤醒操作

public class Notifier implements Runnable {

    private Message msg;

    public Notifier(Message msg) {
        this.msg = msg;
    }

    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name+" started");
        try {
            Thread.sleep(1000);
            synchronized (msg) {
                msg.setMsg(name+" Notifier work done");
                msg.notify();
//                 msg.notifyAll();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

Waiter: 使Message 对象进行wait状态

public class Waiter implements Runnable{

    private Message msg;

    public Waiter(Message m){
        this.msg=m;
    }

    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        synchronized (msg) {
            try{
                System.out.println(name+" waiting to get notified at time:"+System.currentTimeMillis());
                msg.wait();
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(name+" waiter thread got notified at time:"+System.currentTimeMillis());
            //process the message now
            System.out.println(name+" processed: "+msg.getMsg());
        }
    }

}

WaitNotifyTest：测试

public class WaitNotifyTest {

    public static void main(String[] args) {
        Message msg = new Message("process it");
        Waiter waiter = new Waiter(msg);
        new Thread(waiter,"waiter").start();

        Waiter waiter1 = new Waiter(msg);
        new Thread(waiter1, "waiter1").start();

        Notifier notifier = new Notifier(msg);
        new Thread(notifier, "notifier").start();
        System.out.println("All the threads are started");
    }

}

输出：

waiter waiting to get notified at time:1516757290631
All the threads are started
waiter1 waiting to get notified at time:1516757290632
notifier started
waiter waiter thread got notified at time:1516757291632
waiter processed: notifier Notifier work done

可以看到两个线程在对象msg上进行等待，调用notify方法时，只有一个线程被唤醒，此时程序并没有退出，因为还有一个线程在等待。

如果把notify方法改成notifyAll，运行结果为：

waiter waiting to get notified at time:1516757437164
waiter1 waiting to get notified at time:1516757437164
All the threads are started
notifier started
waiter1 waiter thread got notified at time:1516757438165
waiter1 processed: notifier Notifier work done
waiter waiter thread got notified at time:1516757438165
waiter processed: notifier Notifier work done

可以看到两个线程都被唤醒了，程序也退出运行了。

（完）