深入理解wait()、notify()和notifyAll()方法为什么属于Object，为什么要在synchronized代码块中

        LZ在网上看了很多关于这个问题的解释，都不够深入，那么今天就让我带大家深入了解这个问题。关于synchronized的详细介绍请移步大神所写的博客：深入理解Java并发之synchronized实现原理，这篇文档稍微有点长，我会用自己的话总结一下关于wait()、notify()和notifyAll()的问题。

        说到Object的这三个方法，就需要先说一下synchronized关键字，我们知道每一个实例对象或是类对象都可以作为一把锁来使用，例如：

public class SynchronizedTest{
    private static int i = 0;

    public static synchronized void increase(){  //加锁的对象是SynchronizedTest的类对象
        i++;
    }

    public synchronized void increase4Obj(){  //加锁的对象当时调用该方法的实例对象
        i++;
    }

    public void increase2Obj(){
        synchronized (Object.class){   //加锁的对象是Object的类对象
            i++;
        }
    }
}

       上面方式是synchronized实现锁的三种方式，这一点不懂的还请看一下我上面提到的大神写的博客，之所以每个对象都可以当成一把锁把使用，是因为每一个对象都有唯一的一个monitor对象与之关联，JVM中对象的布局如下（直接复制大神博客里面的图片）

                         

 

• 实例变量：存放类的属性数据信息，包括父类的属性信息，如果是数组的实例部分还包括数组的长度，这部分内存按4字节对齐。
• 填充数据：由于虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。填充数据不是必须存在的，仅仅是为了字节对齐，这点了解即可。

而对于顶部，则是Java头对象，它实现synchronized的锁对象的基础，这点我们重点分析它，一般而言，synchronized使用的锁对象是存储在Java对象头里的，jvm中采用2个字来存储对象头(如果对象是数组则会分配3个字，多出来的1个字记录的是数组长度)，其主要结构是由Mark Word 和 Class Metadata Address 组成，其结构说明如下表：

虚拟机位数	头对象结构	说明
32/64bit	Mark Word	存储对象的hashCode、锁信息或分代年龄或GC标志等信息
32/64bit	Class Metadata Address	类型指针指向对象的类元数据，JVM通过这个指针确定该对象是哪个类的实例。

       其中在Mark Word中的信息会根据锁的状态进行动态的变换，当锁的状态为重量级锁的时候，Mark Word中会有一个引用指向monitor对象（每一个对象都会对应一个monitor对象），monitor对象的结构如下：

ObjectMonitor() {
    _header       = NULL;
    _count        = 0; //记录重入的次数个数
    _waiters      = 0,
    _recursions   = 0;
    _object       = NULL;
    _owner        = NULL;
    _WaitSet      = NULL; //处于wait状态的线程，会被加入到_WaitSet
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _Responsible  = NULL ;
    _succ         = NULL ;
    _cxq          = NULL ;
    FreeNext      = NULL ;
    _EntryList    = NULL ; //处于等待锁block状态的线程，会被加入到该列表
    _SpinFreq     = 0 ;
    _SpinClock    = 0 ;
    OwnerIsThread = 0 ;
  }

       其中比较关键的变量有

           _count：记录当前持有monitor对象的线程重入的次数

           _owner：记录当前持有monitor对象的线程

           _WaitSet：等待集合，当前持有monitor对象的线程，调用wait()方法会释放monitor对象锁，然后进入该集合等待被唤醒

           _EntryList：等待获取锁的集合，在进入synchronized方法或synchronized修饰的代码块时，竞争获取monitor对象锁失败的线程会进入该集合等待机会竞争monitor对象锁。

       其中的关系如下图所示：

                

    知道了synchronized的原理后，就可以回答上面两个问题了：

           一：wait()、notify()和notifyAll()方法为什么要在synchronized代码块中？

           在Object的wait()方法上面有这样一行注释：The current thread must own this object's monitor，意思是调用实例对象的wait()方法时，该线程必须拥有当前对象的monitor对象锁，而要拥有monitor对象锁就需要在synchronized修饰的方法或代码块中竞争并生成占用monitor对象锁。而不使用synchronized修饰的方法或代码块就不会占有monitor对象锁，所以在synchronized代码块之外调用会出现错误，错误提示为：

Exception in thread "main" java.lang.IllegalMonitorStateException
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
    at it.cast.basic.thread.SynchronizedTest.main(SynchronizedTest.java:27)

           因为只有拥有了monitor对象的线程才能调用wait()方法进入_WaitSet 等待集合中等待被唤醒，而且对于monitor对象来说，同一时刻只能被一个线程锁持有，在不加synchronized修饰的时候（也就是不是有锁的时候），monitor对象就不会被使用到，这里突然使用wait()方法就是出现逻辑错误，所以必须在synchronized代码块中。

        二：wait()、notify()和notifyAll()方法为什么属于Object？

           因为每一个对象都可以被当作一把锁来使用，对象在JVM中的内存划分为对象头和实例变量，其中对象头里面有包含了对象的hashcode、锁信息和分代年龄等信息，对象头会根据锁状态的不同，动态的变换，当锁升级为重量级锁的时候，对象头会拥有一个monitor对象的引用，monitor对象也就是每一个对象实现锁的关键，当所有的线程都竞争monitor对象锁，只有一个线程能成功占有锁，其他线程都会进入阻塞进入等待集合中，成功占有锁的线程会接着执行代码，在执行代码的过程中，如果遇到wait()方法，当前线程会释放掉monitor对象锁，然后进入monitor对象的等待被唤醒的集合，唤醒的动作是通过notify()和notifyAll()来实现的。