多线程知识梳理(4) - synchronized 三部曲之等待/通知模型

一、概述

在前面两篇文章当中，我们介绍了synchronized的基本使用和原理，但是在使用synchronized保证数据一致性的同时，我们希望能够让线程之间进行一些交互逻辑，也是我们今天要介绍的等待/通知模型，那么就需要使用到wait/notify。

二、等待/通知相关方法

2.1 方法说明

下面，我们先介绍等待/通知机制的相关方法，首先要说明两点：

• 这些都是Object定义的方法
• 调用这些方法的前提条件是：该线程已经获得了Object对象所关联的锁，也就是说它们需要位于synchronized修饰的同步代码块中。

**(a) wait() **
调用该方法的线程进入等待状态，并释放它所获取的对象锁，只有出现这两种情况之一，它才会从wait方法中返回，否则将会一直处于等待状态：

• 其它线程通过notify / notifyAll方法通知该线程，并且该线程获取到了对象锁
• 线程被中断

(b) wait(long) / wait(long, int)
和wait方法相同，差别是增加一种从wait方法返回的情况：等待的时间已经到了，并且获取到了对象锁。

(c) notify()
通知位于等待队列中的第一个线程，使其从wait()方法返回，而被通知的线程的继续执行需要等到它获得对象所为止。
需要注意，调用notify方法后，并不会立刻释放它所持有的对象锁，这需要等到它执行完同步代码块为止。

(d) notifyAll()
与notify()类似，但是它是通知所有在对象上等待的线程。

2.2 实现原理

通过上面的介绍，我们可以看到，在整个等待/通知机制当中，线程被挂起时主要有以下三种状态：等待状态、超时等待状态、阻塞状态，这些状态都是通过synchroized所修饰的对象来实现的。

在前面我们介绍synchronized原理的时候，曾经说过每个对象都会和一个Monitor相关联，其实每个Monitor又包含有两个队列：等待队列和同步队列，其中等待队列中存放是进入等待状态的线程，而同步队列中存放的是等待获取锁的线程。

下面，我们通过一段简单的伪代码来立即两个线程的状态转换过程：

synchronized public void waitThread() {
    //执行a方法.
    wait();
    //执行b方法
}

synchronized public void notifyThread() {
    //执行c方法
    notify();
    //执行d方法
}

我们有AB两个线程，我们模拟以下的一系列行为：

(1) A 线程执行 waitThread 方法
此时由于对象锁没有被任何线程持有，因此，A线程成为对象锁的持有者：

(2) B 线程执行 notifyThread 方法
当 B线程执行 notifyThread方法时，由于此时对象锁已经被 A线程持有，因此它被加入到同步队列中：

(3) A 线程执行 a 方法

**(4) A 线程执行 wait 方法 **
当 A线程执行 wait方法后，它会释放对象锁，并加入到同步队列当中，而 B线程则成为对象锁新的持有者：

(5) B 线程执行 c 方法

(6) B 线程执行 notify 方法
此时会唤醒等待队列中 A线程，但是此时 B线程仍然持有对象锁，因此， A线程只能被加入到同步队列：

(7) B 线程执行 d 方法

(8) B 线程从 notifyThread 方法返回
此时 A线程重新获取到对象锁，因此它被从同步队列中取出，继续执行接下来的逻辑：

(9) A 线程执行 b 方法

(10) A 线程从 waitThread 方法中返回
当 A线程从同步方法返回之后，那么会释放它所持有的锁

三、等待/通知的经典范式

对于等待/通知模型，我们可以总结出它的经典范式，分别针对等待方和通知方。

3.1 等待方

等待方遵循如下的原则：

• 获取对象的锁
• 如果条件不满足，那么调用对象的wait方法，被通知后仍然需要检查条件
• 条件满足则继续执行对应的逻辑

对应的伪代码为：

synchronized( 对象 ) {
    while( 条件不满足 ) {
        对象.wait();
    }
    对应的处理逻辑
}

3.2 通知方

通知方遵循如下的原则：

• 获得对象的锁
• 改变条件
• 通知所有等待在对象上的线程

synchronized( 对象 ) {
    改变条件;
    对象.notifyAll();
}