【并发编程】Object的wait、notify和notifyAll方法

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本博客系列是学习并发编程过程中的记录总结。由于文章比较多，写的时间也比较散，所以我整理了个目录贴（传送门），方便查阅。

并发编程系列博客传送门

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方法简介

wait方法

当一个线程调用一个共享变量的wait（）方法时，该调用线程会被阻塞挂起（进入waiting状态），直到发生下面几件事情之一才能返回：

• 其他线程调用了该共享对象的notify（）或者notifyAll（）方法；
• 其他线程调用了该线程的interrupt（）方法，该线程抛出InterruptedException异常返回。

另外需要注意的是，如果调用wait（）方法的线程没有事先获取该对象的监视器锁，则调用wait（）方法时调用线程会抛出IllegalMonitorStateException异常。如果当前线程已经获取了锁资源，调用wait方法之后会释放这个锁资源，但是只会释放当前共享变量上的锁，如果当前线程还持有其他共享变量的锁，则这些锁是不会被释放的。

wait方法还有一个重载方法wait（long time）,这个方法会等待time时间，如果在这个时间内没有其他线程来唤醒它的话，这个线程会自己唤醒继续获得执行机会。

notify方法

notify方法会唤醒等待对象监视器的单个线程，如果等待对象监视器的有多个线程，则选取其中一个线程进行唤醒，到底选择唤醒哪个线程是任意的，由CPU自己决定。如果没有再调用notify方法，其他阻塞的线程可能就永远得不到再执行的机会了。

此外，被唤醒的线程不能马上从wait方法返回并继续执行，它必须在获取了共享对象的监视器锁后才可以返回，也就是唤醒它的线程释放了共享变量上的监视器锁后，被唤醒的线程也不一定会获取到共享对象的监视器锁，这是因为该线程还需要和其他线程一起竞争该锁，只有该线程竞争到了共享变量的监视器锁后才可以继续执行。

一个还需要注意的地方是，在共享变量上调用notifyAll()方法只会唤醒调用这个方法前调用了wait系列函数而被放入共享变量等待集合里面的线程。如果调用notifyAll()方法后一个线程调用了该共享变量的wait()方法而被放入阻塞集合，则该线程是不会被唤醒的

类似wait系列方法，只有当前线程获取到了共享变量的监视器锁后，才可以调用共享变量的notify()方法，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。

notify方法还有个兄弟方法notifyAll，这个方法会唤醒所有等待监视器对象的线程。

wait-notify模式的典型应用

wait-notify模式的一个典型应用就是可以实现生产者-消费者模式。让我印象很深是我毕业那年阿里巴巴校园招聘的一个笔试题：

有一个苹果箱，有10个人向这个箱子中每次随机放入一个苹果，有10个人每次随机从这个箱子中随机拿走一个苹果，同时需要满足箱子中的苹果总数不能超过50个。请用代码实现上面的场景（不能使用并发集合框架）

现在看来，这道题不就是为wait-notify模式量身打造的一道题目么。当时水平有限，又急急忙忙的，所以记得当时写的不太好。这边重新整理下这个代码

public class AppleBox {

    private int appleCount;

    public synchronized void putApple() {
        while (appleCount >= 50) {
            try {
                //会释放锁
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        appleCount++;
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("[" + name + "]放入一个,当前盒子中苹果数:" + appleCount);
        this.notifyAll();
    }

    public synchronized void takeApple() {
        while (appleCount <= 0) {
            try {
                //会释放锁
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        appleCount--;
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("[" + name + "]拿走一个,当前盒子中苹果数:" + appleCount);
        this.notifyAll();
    }

    private static class AppleTaker implements Runnable {

        private AppleBox appleBox;

        public AppleTaker(AppleBox appleBox) {
            this.appleBox = appleBox;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                appleBox.takeApple();
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    private static class ApplePutter implements Runnable {

        private AppleBox appleBox;

        public ApplePutter(AppleBox appleBox) {
            this.appleBox = appleBox;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                appleBox.putApple();
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        AppleBox appleBox = new AppleBox();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Thread t = new Thread(new ApplePutter(appleBox));
            t.setName("ApplePutter:" + i);
            t.start();
        }

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Thread t = new Thread(new AppleTaker(appleBox));
            t.setName("AppleTaker:" + i);
            t.start();
        }

    }
}

执行结果如下：

[ApplePutter:0]放入一个,当前盒子中苹果数:1
[ApplePutter:1]放入一个,当前盒子中苹果数:2
[ApplePutter:5]放入一个,当前盒子中苹果数:3
[ApplePutter:9]放入一个,当前盒子中苹果数:4
[ApplePutter:13]放入一个,当前盒子中苹果数:5
[ApplePutter:2]放入一个,当前盒子中苹果数:6
[ApplePutter:6]放入一个,当前盒子中苹果数:7
[ApplePutter:10]放入一个,当前盒子中苹果数:8
[ApplePutter:17]放入一个,当前盒子中苹果数:9
[ApplePutter:14]放入一个,当前盒子中苹果数:10
[ApplePutter:18]放入一个,当前盒子中苹果数:11
[ApplePutter:3]放入一个,当前盒子中苹果数:12
[ApplePutter:7]放入一个,当前盒子中苹果数:13
[ApplePutter:11]放入一个,当前盒子中苹果数:14
[ApplePutter:8]放入一个,当前盒子中苹果数:15
[ApplePutter:15]放入一个,当前盒子中苹果数:16
[ApplePutter:19]放入一个,当前盒子中苹果数:17
[ApplePutter:4]放入一个,当前盒子中苹果数:18
[AppleTaker:3]拿走一个,当前盒子中苹果数:17
[ApplePutter:12]放入一个,当前盒子中苹果数:18
[AppleTaker:1]拿走一个,当前盒子中苹果数:17
[AppleTaker:5]拿走一个,当前盒子中苹果数:16
[ApplePutter:16]放入一个,当前盒子中苹果数:17
[AppleTaker:0]拿走一个,当前盒子中苹果数:16
[AppleTaker:12]拿走一个,当前盒子中苹果数:15
[AppleTaker:8]拿走一个,当前盒子中苹果数:14
[AppleTaker:16]拿走一个,当前盒子中苹果数:13
[AppleTaker:7]拿走一个,当前盒子中苹果数:12
[AppleTaker:11]拿走一个,当前盒子中苹果数:11
[AppleTaker:19]拿走一个,当前盒子中苹果数:10
[AppleTaker:9]拿走一个,当前盒子中苹果数:9
[AppleTaker:13]拿走一个,当前盒子中苹果数:8
[AppleTaker:2]拿走一个,当前盒子中苹果数:7
[AppleTaker:6]拿走一个,当前盒子中苹果数:6
[AppleTaker:10]拿走一个,当前盒子中苹果数:5
[AppleTaker:14]拿走一个,当前盒子中苹果数:4
[AppleTaker:4]拿走一个,当前盒子中苹果数:3
[AppleTaker:15]拿走一个,当前盒子中苹果数:2
[AppleTaker:18]拿走一个,当前盒子中苹果数:1
[AppleTaker:17]拿走一个,当前盒子中苹果数:0
[ApplePutter:0]放入一个,当前盒子中苹果数:1
[ApplePutter:1]放入一个,当前盒子中苹果数:2
[ApplePutter:5]放入一个,当前盒子中苹果数:3
[ApplePutter:9]放入一个,当前盒子中苹果数:4
[ApplePutter:13]放入一个,当前盒子中苹果数:5
[ApplePutter:17]放入一个,当前盒子中苹果数:6
[ApplePutter:2]放入一个,当前盒子中苹果数:7
[ApplePutter:6]放入一个,当前盒子中苹果数:8
[ApplePutter:10]放入一个,当前盒子中苹果数:9
[ApplePutter:14]放入一个,当前盒子中苹果数:10
[ApplePutter:18]放入一个,当前盒子中苹果数:11
[ApplePutter:3]放入一个,当前盒子中苹果数:12
[ApplePutter:7]放入一个,当前盒子中苹果数:13
[ApplePutter:11]放入一个,当前盒子中苹果数:14
[ApplePutter:15]放入一个,当前盒子中苹果数:15
[ApplePutter:19]放入一个,当前盒子中苹果数:16
[AppleTaker:3]拿走一个,当前盒子中苹果数:15
[ApplePutter:4]放入一个,当前盒子中苹果数:16
[ApplePutter:8]放入一个,当前盒子中苹果数:17
[ApplePutter:12]放入一个,当前盒子中苹果数:18

**PS: 多线程编程中，最要的重要的两点是先抽象出共享变量是什么，任务类（Runner）是什么 **

wait-notify模式的经典写法

生产者和消费者的逻辑都可以统一抽象成以下几个步骤：

• step1：获得对象的锁；
• step2：循环判断是否需要进行生产活动，如果不需要进行生产就调用wait方法，暂停当前线程；如果需要进行生产活动，进行对应的生产活动；
• step3：通知等待线程

伪代码如下：

synchronized(对象) {
    //这边进行循环判断的原因是为了防止伪唤醒，也就是不是消费线程或者生产线程调用notify方法将waiting线程唤醒的
    while(条件){
        对象.wait();
    }
    //进行生产或者消费活动
    doSomething();
    对象.notifyAll();
}