【Java多线程与并发】——wait/notify

wait/notify为何而来？

我们知道，线程与线程之间并不是完全独立的个体，多个线程之间可以通过访问共享变量，可以实现线程间进行通信。然而当多个线程访问同一共享变量，如果没有使用同步机制，即没有使用synchronize同步方法或者同步代码块，我们不确定线程读到的共享变量的值到底是不是想要的，或者说是准确的值。因此等待/通知机制的出现就满足解决了这一需求问题。

 

wait与notify实现原理简介

每个锁对象都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列。就绪队列存储了将要获得锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程。一个线程被唤醒后才会进入到就绪队列，等待CPU调度；反之如果一个线程被wait后，就会进入到阻塞队列，等待下一次被唤醒。

如果线程调用了对象的wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。当有线程调用了对象的notifyAll()方法（唤醒所有wait线程）或notify()方法（只随机唤醒一个wait线程），被唤醒的的线程便会进入该对象的阻塞队列中，阻塞队列中的线程会去竞争该对象锁。 优先级高的线程竞争到对象锁的概率大，假若某线程没有竞争到该对象锁，它还会留在阻塞队列中，唯有线程再次调用wait()方法，它才会重新回到等待池中。而竞争到对象锁的线程则继续往下执行，直到执行完了synchronized代码块，它会释放掉该对象锁，这时阻塞队列中的线程会继续竞争该对象锁。

wait()、notify()

方法简介： 

• wait()

 public final void wait()  throws InterruptedException,IllegalMonitorStateException

       该方法用来将当前线程置入休眠状态，直到接到通知或被中断为止。在调用wait（）之前，线程必须要获得该对象的对象级别锁，即只能在同步方法或同步块中调用wait（）方法。进入wait（）方法后，当前线程释放锁。在从wait（）返回前，线程与其他线程竞争重新获得锁。如果调用wait（）时，没有持有适当的锁，则抛出IllegalMonitorStateException，它是RuntimeException的一个子类，因此，不需要try-catch结构。

• notify()

public final native void notify() throws IllegalMonitorStateException

        该方法也要在同步方法或同步块中调用，即在调用前，线程也必须要获得该对象的对象级别锁，的如果调用notify（）时没有持有适当的锁，也会抛出IllegalMonitorStateException。

       该方法用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程。如果有多个线程等待，则线程规划器任意挑选出其中一个wait（）状态的线程来发出通知，并使它等待获取该对象的对象锁（notify后，当前线程不会马上释放该对象锁，wait所在的线程并不能马上获取该对象锁，要等到程序退出synchronized代码块后，当前线程才会释放锁，wait所在的线程也才可以获取该对象锁），但不惊动其他同样在等待被该对象notify的线程们。当第一个获得了该对象锁的wait线程运行完毕以后，它会释放掉该对象锁，此时如果该对象没有再次使用notify语句，则即便该对象已经空闲，其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知，会继续阻塞在wait状态，直到这个对象发出一个notify或notifyAll。这里需要注意：它们等待的是被notify或notifyAll，而不是锁。这与下面的notifyAll（）方法执行后的情况不同。

• notifyAll()

public final native void notifyAll() throws IllegalMonitorStateException

      该方法与notify（）方法的工作方式相同，重要的一点差异是：

      notifyAll使所有原来在该对象上wait的线程统统退出wait的状态（即全部被唤醒，不再等待notify或notifyAll，但由于此时还没有获取到该对象锁，因此还不能继续往下执行），变成等待获取该对象上的锁，一旦该对象锁被释放（notifyAll线程退出调用了notifyAll的synchronized代码块的时候），他们就会去竞争。如果其中一个线程获得了该对象锁，它就会继续往下执行，在它退出synchronized代码块，释放锁后，其他的已经被唤醒的线程将会继续竞争获取该锁，一直进行下去，直到所有被唤醒的线程都执行完毕。

• wait（long）和wait（long,int）

     显然，这两个方法是设置等待超时时间的，后者在超值时间上加上ns，精度也难以达到，因此，该方法很少使用。对于前者，如果在等待线程接到通知或被中断之前，已经超过了指定的毫秒数，则它通过竞争重新获得锁，并从wait（long）返回。另外，需要知道，如果设置了超时时间，当wait（）返回时，我们不能确定它是因为接到了通知还是因为超时而返回的，因为wait（）方法不会返回任何相关的信息。但一般可以通过设置标志位来判断，在notify之前改变标志位的值，在wait（）方法后读取该标志位的值来判断，当然为了保证notify不被遗漏，我们还需要另外一个标志位来循环判断是否调用wait（）方法。

sleep和wait方法的区别

• wait是Object的方法，而sleep是Thread特有的方法
• wait和sleep方法都可以使得线程进入阻塞状态，都是可中断方法，被中断后都会收到中断异常
• wait方法的执行必须在同步方法中进行，而sleep则不需要
• 线程在同步方法中执行sleep方法时，不会释放monitor的锁，而wait方法则会释放monitor的锁

参考资料

【1】使用wait/notify/notifyAll实现线程间通信的几点重要说明

【2】《Java高并发编程详解》

【3】《Java并发编程的艺术》