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wait/notify基礎(chǔ)使用
wait 和 notify 的基礎(chǔ)方法如下：
Object lock = new Object();
new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
System.out.println("wait 之前");
// 調(diào)用 wait 方法
lock.wait();
System.out.println("wait 之后");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
Thread.sleep(100);
synchronized (lock) {
System.out.println("執(zhí)行 notify");
// 調(diào)用 notify 方法
lock.notify();
}
以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
wait/notify和synchronized一起用?
那問題來了，是不是 wait 和 notify 一定要配合 synchronized 一起使用呢?wait 和 notify 單獨使用行不行呢?我們嘗試將以上代碼中的 synchronized 代碼行刪除，實現(xiàn)代碼如下：
初看代碼好像沒啥問題，編譯器也沒報錯，好像能“正常使用”，然而當(dāng)我們運行以上程序時就會發(fā)生如下錯誤：
從上述結(jié)果可以看出：無論是 wait 還是 notify，如果不配合 synchronized 一起使用，在程序運行時就會報 IllegalMonitorStateException 非法的監(jiān)視器狀態(tài)異常，而且 notify 也不能實現(xiàn)程序的喚醒功能了。
原因分析
從上述的報錯信息我們可以看出，JVM 在運行時會強制檢查 wait 和 notify 有沒有在 synchronized 代碼中，如果沒有的話就會報非法監(jiān)視器狀態(tài)異常(IllegalMonitorStateException)，但這也僅僅是運行時的程序表象，那為什么 Java 要這樣設(shè)計呢?其實這樣設(shè)計的原因就是為了防止多線程并發(fā)運行時，程序的執(zhí)行混亂問題。初看這句話，好像是用來描述“鎖”的。然而實際情況也是如此，wait 和 notify 引入鎖就是來規(guī)避并發(fā)執(zhí)行時程序的執(zhí)行混亂問題的。那這個“執(zhí)行混亂問題”到底是啥呢?接下來我們繼續(xù)往下看。
wait和notify問題復(fù)現(xiàn)
我們假設(shè) wait 和 notify 可以不加鎖，我們用它們來實現(xiàn)一個自定義阻塞隊列。這里的阻塞隊列是指讀操作阻塞，也就是當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時，如果有數(shù)據(jù)就返回數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)則阻塞等待數(shù)據(jù)，實現(xiàn)代碼如下：
class MyBlockingQueue {
// 用來保存數(shù)據(jù)的集合
Queue queue = new LinkedList<>();
/**
* 添加方法
*/
public void put(String data) {
// 隊列加入數(shù)據(jù)
queue.add(data);
// 喚醒線程繼續(xù)執(zhí)行（這里的線程指的是執(zhí)行 take 方法的線程）
notify(); // ③
}
/**
* 獲取方法（阻塞式執(zhí)行）
* 如果隊列里面有數(shù)據(jù)則返回數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)就阻塞等待數(shù)據(jù)
* @return
*/
public String take() throws InterruptedException {
// 使用 while 判斷是否有數(shù)據(jù)（這里使用 while 而非 if 是為了防止虛假喚醒）
while (queue.isEmpty()) { // ①
// 沒有任務(wù)，先阻塞等待
wait(); // ②
}
return queue.remove(); // 返回數(shù)據(jù)
}
}
注意上述代碼，我們在代碼中標(biāo)識了三個關(guān)鍵執(zhí)行步驟：①：判斷隊列中是否有數(shù)據(jù);②：執(zhí)行 wait 休眠操作;③：給隊列中添加數(shù)據(jù)并喚醒阻塞線程。如果不強制要求添加 synchronized，那么就會出現(xiàn)如下問題：
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步驟 |
線程1 |
線程2 |
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1 |
執(zhí)行步驟 ① 判斷當(dāng)前隊列中沒有數(shù)據(jù) |
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2 |
執(zhí)行步驟 ③ 將數(shù)據(jù)添加到隊列，并喚醒線程1繼續(xù)執(zhí)行 |
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3 |
執(zhí)行步驟 ② 線程 1 進入休眠狀態(tài) |
從上述執(zhí)行流程看出問題了嗎?如果 wait 和 notify 不強制要求加鎖，那么在線程 1 執(zhí)行完判斷之后，尚未執(zhí)行休眠之前，此時另一個線程添加數(shù)據(jù)到隊列中。然而這時線程 1 已經(jīng)執(zhí)行過判斷了，所以就會直接進入休眠狀態(tài)，從而導(dǎo)致隊列中的那條數(shù)據(jù)永久性不能被讀取，這就是程序并發(fā)運行時“執(zhí)行結(jié)果混亂”的問題。然而如果配合 synchronized 一起使用的話，代碼就會變成以下這樣：
class MyBlockingQueue {
// 用來保存任務(wù)的集合
Queue queue = new LinkedList<>();
/**
* 添加方法
*/
public void put(String data) {
synchronized (MyBlockingQueue.class) {
// 隊列加入數(shù)據(jù)
queue.add(data);
// 為了防止 take 方法阻塞休眠，這里需要調(diào)用喚醒方法 notify
notify(); // ③
}
}
/**
* 獲取方法（阻塞式執(zhí)行）
* 如果隊列里面有數(shù)據(jù)則返回數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)就阻塞等待數(shù)據(jù)
* @return
*/
public String take() throws InterruptedException {
synchronized (MyBlockingQueue.class) {
// 使用 while 判斷是否有數(shù)據(jù)（這里使用 while 而非 if 是為了防止虛假喚醒）
while (queue.isEmpty()) { // ①
// 沒有任務(wù)，先阻塞等待
wait(); // ②
}
}
return queue.remove(); // 返回數(shù)據(jù)
}
}
這樣改造之后，關(guān)鍵步驟 ① 和關(guān)鍵步驟 ② 就可以一起執(zhí)行了，從而當(dāng)線程執(zhí)行了步驟 ③ 之后，線程 1 就可以讀取到隊列中的那條數(shù)據(jù)了，它們的執(zhí)行流程如下：
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步驟 |
線程1 |
線程2 |
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1 |
執(zhí)行步驟 ① 判斷當(dāng)前隊列沒有數(shù)據(jù) |
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2 |
執(zhí)行步驟 ② 線程進入休眠狀態(tài) |
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3 |
執(zhí)行步驟 ③ 將數(shù)據(jù)添加到隊列，并執(zhí)行喚醒操作 |
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4 |
線程被喚醒，繼續(xù)執(zhí)行 |
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5 |
判斷隊列中有數(shù)據(jù)，返回數(shù)據(jù) |
這樣咱們的程序就可以正常執(zhí)行了，這就是為什么 Java 設(shè)計一定要讓 wait 和 notify 配合上 synchronized 一起使用的原因了。
總結(jié)
本文介紹了 wait 和 notify 的基礎(chǔ)使用，以及為什么 wait 和 notify/notifyAll 一定要配合 synchronized 使用的原因。如果 wait 和 notify/notifyAll 不強制和 synchronized 一起使用，那么在多線程執(zhí)行時，就會出現(xiàn) wait 執(zhí)行了一半，然后又執(zhí)行了添加數(shù)據(jù)和 notify 的操作，從而導(dǎo)致線程一直休眠的缺陷。
網(wǎng)站欄目：為什么Wait和Notify必須放在Synchronized中？
文章出自：http://www.dlmjj.cn/article/dhpgjcj.html
