Java 多线程系列Ⅲ（wait+notify+notifyAll）

一、初识 wait、notify、notifyAll

我们知道由于线程的抢占式执行导致线程之间的调度是随机的，无序的。但是在一些场景下我们有需要合理的协调多个线程的执行顺序。我们知道使用 join 可以控制线程执行顺序，但是 join 只能让一个线程执行完在执行另外一个线程，功能有限。因此我们引入了 wait 和 notify/notifyAll 这样一组API用来更灵活地控制线程执行的顺序。

举个例子：

针对上述情况，我们可以使用 wait/notify 有效解决：

假如张三发现ATM没钱，就（wait）释放锁走出ATM机，并进行阻塞等待（暂时不参与CPU调度，不参与锁竞争），直到有人向ATM机存钱后，此时时机成熟，就可以唤醒（notify）张三，继续参与ATM机锁竞争。

二、wait、notify、notifyAll 功能介绍

1、wait()

wait()：发现条件不满足/时机不成熟，就调用 wait() 阻塞等待，同时释放当前锁，当满足一定条件时可以被唤醒，重新尝试获取这个锁。

注：使用 wait() 阻塞等待会让线程进入WAITING状态

wait等待结束条件：

1. 其他线程调用该对象的 notify 方法.
2. wait 等待时间超时 (wait 方法提供一个带有 timeout 参数的版本, 来指定等待时间).
3. 其他线程调用该等待线程的 interrupted 方法, 导致 wait 抛出 InterruptedException 异常.

2、notify()

notify()：其他线程构造了一个成熟的条件，就可以调用 notify() 唤醒它。

notify注意事项：

1. 方法notify()也要在同步方法或同步块中调用，该方法是用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其它线程，对其发出通知notify，并使它们重新获取该对象的对象锁。
2. 如果有多个线程等待，则有线程调度器随机挑选出一个呈 wait 状态的线程。(并没有 “先来后到”)
3. 在notify()方法后，当前线程不会马上释放该对象锁，要等到执行notify()方法的线程将程序执行 完，也就是退出同步代码块之后才会释放对象锁。

3、notifyAll()

notifyAll()：notify() 只是唤醒某一个等待线程。使用 notifyAll() 可以一次唤醒所有的等待同一对象的线程。

notifyAll注意事项：

虽然是同时唤醒 多个线程, 但是这 多个线程需要竞争锁，所以并不是同时执行，而仍然是先获取锁的先执行。

4、wait、notify、notifyAll 要点总结

1. wait/notify/notifyAll 都是Object 的方法，因此只要是个类对象都可以使用 wait、notify、notifyAll。
2. wait/notify/notifyAll 要搭配 synchronized 来使用. 脱离 synchronized 使用会直接抛出异常：IllegalMonitorStateException
3. synchronized 的锁对象必须和调用 wait/notify/notifyAll 方法的对象是同一个。
4. 针对某一加锁对象，先执行wait 然后 notify/notifyAll，此时才有效果，如果没有 wait 就 notify 相当于“一炮打空”，此时 wait 无法唤醒，不过代码不会出现其他异常。

5、wait/notify 使用示例

public class ThreadExample_wait_notify {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(()->{
           synchronized (object) {
               try {
                   System.out.println("wait开始");
                   object.wait();
                   System.out.println("wait结束");
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
           synchronized (object) {
               System.out.println("notify开始");
               object.notify();
               System.out.println("notify结束");
           }
        });
        // 等待t1中wait解锁阻塞，否则t2中的notify没有实质效果
        t1.start();
        Thread.sleep(1000);
        t2.start();
    }
}

结果说明：

上述代码 t1 先获取到锁，执行到 wait 时 t1阻塞解锁，1秒后，t2获得锁，执行到 notify 时 t1 线程就会被唤醒，但是notify后不会立即释放锁，当 t2 代码块中的逻辑执行完后才释放锁，t1 线程才能获取锁继续向下执行。

三、wait、join、sleep 归纳

（1）wait
wait()方法是 Object类 提供的实例方法，可以使线程进入等待状态，直到其他线程调用了该对象的notify()或notifyAll()方法。通常被用于线程间通信，如生产者-消费者模式中（后续介绍），消费者需要等待生产者通知有新数据可取。当线程调用 wait() 方法时，它会释放占据的锁，并且线程的状态为WAITING，直到notify()或notifyAll()方法被调用。

（2）join
join() 方法是 Thread类 提供的方法静态方法，用于等待被调用线程执行完毕。在主线程中调用了子线程的join() 方法后，主线程会进入 WAITING 状态，直到子线程执行完毕才会继续执行。可以用来保证多个线程按照指定顺序执行。

（3）sleep
sleep()方法也是 Thread类 提供的实例方法，它可以使当前线程暂停执行一段时间。当线程调用 sleep() 方法时，它不会释放锁，线程的状态为 TIMED_WAITING 。通常被用于控制程序执行的速度或时间，或常常在循环内部以等待某些条件的发生。

总的来说，wait() 方法是用于线程间的通信，join() 方法是用于等待其他线程执行完毕，sleep()方法是用于暂停当前线程的执行。在使用上， wait 需要搭配 synchronized 使用，sleep 和 join 则不需要。总之本质上没有可比性，唯一的相同点就是都可以让线程放弃执行一段时间。它们的使用 场景 不同，需要根据实际需求选择合适的方法。