Java 并发协作 wait、notify、notifyAll 方法

问：简单谈谈 Java 并发协作的 wait、notify、notifyAll 等方法的特点和场景？

答：首先并发协作的 wait、notify、notifyAll 等方法是定义在 Java 的 Object 类中，而非 Thread。wait 有一个重载方法，参数 0 表示无限等待，更重要的是在等待期间均可被中断并抛出 InterruptedException（很重要）。

每个对象都有一把锁和等待队列，线程在进入 synchronized 时，如果尝试获取锁但失败，就会把当前线程加入锁的等待队列，其实每个对象除过有用于锁的等待队列外还有一个条件队列，条件队列就是用来进行线程间的协作的。调用 wait 方法就会把当前线程放入这个条件队列并阻塞，然后等待其他线程通过 notify 或者 notifyAll 触发这个条件（自己无法触发）来执行，惟一的区别就是 notify 会从条件队列选择一个线程触发条件并且从队列移除，而 notifyAll 会触发条件队列里所有等待的线程并从队列移除。

wait 和 notify、notifyAll 只能在 synchronized 函数或者对象中调用，被上锁的对象一般是多线程共享的对象，如果调用 wait 和 notify、notifyAll 方法时当前线程没有持有对象锁则会抛出 IllegalMonitorStateException 异常。

切记：代码执行到 synchronized 锁起来的 wait 方法时当前线程会释放对象锁，因为 wait 的具体实现过程是先把当前线程放入条件等待队列、释放对象锁、阻塞等待（线程状态变为 WAITING 或 TIMED_WATING），等待时间到了或者被其他线程 notify、notifyAll 以后从条件队列中移除。然后要重新竞争对象锁，竞争到就变为 RUNNABLE 状态，否则该线程被加入对象锁队列变为 BLOCKED 状态。

切记：调用 notify、notifyAll 会把条件队列中等待的线程移除但是不会释放对象锁，只有在包含 notify、notifyAll 的 synchronized 方法或者代码块执行完毕才能轮到等待的线程执行。

除了我们要保证 wait 和 notify、notifyAll 应该在 synchronized 块中和那个被多线程共享的对象上调用以外，还要尽可能保证永远在条件循环而不是 if 语句中使用 wait，因为线程从 wait 调用中返回后不代表其等待的条件就一定成立，所以我们在使用 wait 时应该尽量使用如下模板：

        synchronized (sharedObject) {
            while (condition) {
                sharedObject.wait();
                // (Releases lock, and reacquires on wakeup)
            }
            // do action based upon condition e.g. take or put into queue
        }
    }

在条件循环里使用 wait 的目的是在线程被唤醒的前后，都持续检查条件是否被满足，如果条件并未改变而 wait 被调用之前 notify 的唤醒通知就来了，那么这个线程并不能保证被唤醒且有可能会导致死锁问题（建立在全局项目超过两个线程以上）。

譬如假设有两个生产者 A、B，一个消费者 C，在生产消费者模式中如果对生产者 A、B 不使用条件循环而简单 if 判断中调用 wait 就会出事，当空间满了后 A、B 都被 wait，当 C 取走一个数据后如果调用了 notifyAll 则 A、B 都将被唤醒，假设 A 被唤醒后往空间放入一个数据且空间满了，而此时 B 也会放置一个数据，所以发生空间炸裂错误。

（提示：如上也解答了并发的另一个面试题，即 Java 多线程为什么使用 while 循环来调用 wait 方法？）其实 Thread 的 join 方法实现也是条件循环，核心代码是：

while (isAlive()) {
  lock.wait(0);
  }

并发协作其实在 java.util.concurrent 包下已经提供了很多不错且高效的封装实现类了，不过我们依然可以自己使用 wait 和 notify、notifyAll 来解决生产消费者场景、并发等待等场景问题。