Java如何正确的使用wait-notify方法你知道吗
作者：小小茶花女
问题：
sleep() 和 wait() 有什么区别？
1. sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别
(1) sleep 是 Thread 方法，而 wait 是 Object 的方法 ;
(2) sleep 不需要强制和 synchronized 配合使用，但 wait 需要 和 synchronized 一起用 ;
(3) sleep 在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但 wait 在等待的时候会释放对象锁 ;
(4) 它们 状态 TIMED_WAITING;
@Slf4j
public class Test1 {
private static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
synchronized (lock){
log.debug("t1线程获得锁....");
try {
Thread.sleep(20000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"t1").start();
// 等待1s，让线程去执行t1线程
Thread.sleep(1000);
// 获取不到锁，因为t1线程在睡眠期间并不会释放锁
synchronized (lock){
log.debug("主线程想要获取锁....");
}
}
}
执行sleep()方法后的结果：在线程t1睡眠期间，主线程没有获得锁
10:34:34.574 [t1] DEBUG com.example.test.Test1 - t1线程获得锁....
@Slf4j
public class Test1 {
private static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
synchronized (lock){
log.debug("t1线程获得锁....");
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"t1").start();
// 等待1s，让线程去执行t1线程
Thread.sleep(1000);
// 获取不到锁，因为t1线程在睡眠期间并不会释放锁
synchronized (lock){
log.debug("主线程想要获取锁....");
}
}
}
执行wait()方法后的结果：线程t1等待20s，在线程t1等待期间，主线程获得了锁
10:36:22.723 [t1] DEBUG com.example.test.Test1 - t1线程获得锁....
10:36:23.721 [main] DEBUG com.example.test.Test1 - 主线程想要获取锁....
2. 正确使用wait-notify方法 [while(条件)+wait]
场景：有几个小孩都想进入房间内使用算盘（CPU）进行计算，老王(操作系统)就使用了一把锁（synchronized）让同一时间只有一个小孩能进入房间使用算盘，于是他们排队进入房间。
(1) 小南最先获取到了锁，进入到房间内，但是由于条件不满足（没烟干不了活），小南不能继续进行计算 ，但小南如果一直占用着锁，其它人就得一直阻塞，效率太低。
(2) 于是老王单开了一间休息室（调用 wait 方法），让小南到休息室（WaitSet)等着去了，这时锁释放开， 其它人可以由老王随机安排进屋
(3) 直到小M将烟送来，大叫一声 [ 你的烟到了 ] （调用 notify 方法）
(4) 小南于是可以离开休息室，重新进入竞争锁的队列
下面我们看如何正确的实现这个场景
2.1 问题1
@Slf4j
public class Test2 {
private static final Object room = new Object();
// 是否有烟，默认没有
private static boolean hasCigarette = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(!hasCigarette){
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
}
}
},"小南").start();
// 其他5个线程也想获取锁进入房间
for(int i=0;i<5;i++){
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("可以开始干活了");
}
},"其他人").start();
}
// 主线程等待1s
Thread.sleep(1000);
// 因为小南线程使用sleep()方法，因此他在睡眠期间并不释放锁，送烟的没办法拿到锁进入房间送烟
new Thread(()->{
synchronized (room){
hasCigarette = true;
}
},"送烟的").start();
}
}
执行结果：
11:10:50.556 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:10:50.565 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:10:52.565 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
(1) 小南线程在睡眠期间并不释放锁，因此其他线程线程也没办法获取到锁进入房间，送烟线程就没办法送烟;
(2) 其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低 ;
要解决上述的问题，需要使用wait-notify机制
2.2 问题2
@Slf4j
public class Test2 {
private static final Object room = new Object();
// 是否有烟，默认没有
private static boolean hasCigarette = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(!hasCigarette){
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
}
}
},"小南").start();
// 其他5个线程也想获取锁进入房间
for(int i=0;i<5;i++){
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("可以开始干活了");
}
},"其他人").start();
}
// 主线程等待1s
Thread.sleep(1000);
// 送烟的，唤醒正在睡眠的小南线程
new Thread(()->{
synchronized (room){
hasCigarette = true;
room.notify();
}
},"送烟的").start();
}
}
执行结果：
11:21:36.775 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:21:36.780 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:21:36.780 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.780 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:37.773 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[true]
11:21:37.774 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟,[true],可以开始干活了
解决了其他线程阻塞问题，但是如果有其他线程也在等待呢？就是说等待的线程不止小南一个，那么会不会唤醒错了呢？
2.3 问题3
@Slf4j
public class Test2 {
private static final Object room = new Object();
// 是否有烟，默认没有
private static boolean hasCigarette = false;
// 是否有外卖，默认没有
static boolean hasTakeout = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(!hasCigarette){
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
}else {
log.debug("没干成活..");
}
}
},"小南").start();
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
if(!hasTakeout){
log.debug("没外卖，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
if(hasTakeout){
log.debug("有外卖,[{}],可以开始干活了", hasTakeout);
}else{
log.debug("没干成活..");
}
}
},"小女").start();
// 主线程等待1s
Thread.sleep(1000);
new Thread(()->{
synchronized (room){
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了....");
room.notify();
}
},"送外卖的").start();
}
}
执行结果：送外卖的应该叫醒小女但是却把小南叫醒了
11:31:50.989 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:31:50.994 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:31:50.994 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[false]
11:31:50.994 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 没外卖，先歇会！
11:31:51.987 [送外卖的] DEBUG com.example.test.Test2 - 外卖到了....
11:31:51.988 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:31:51.988 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没干成活..
notify 只能随机唤醒一个 WaitSet 中的线程，这时如果有其它线程也在等待，那么就可能唤醒不了正确的线程，称之为【虚假唤醒】
2.4 问题4
解决方法：改为 notifyAll
new Thread(()->{
synchronized (room){
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了....");
room.notifyAll();
}
},"送外卖的").start();
执行结果：
11:34:24.789 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:34:24.798 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:34:24.798 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[false]
11:34:24.802 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 没外卖，先歇会！
11:34:25.794 [送外卖的] DEBUG com.example.test.Test2 - 外卖到了....
11:34:25.794 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[true]
11:34:25.794 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖,[true],可以开始干活了
11:34:25.794 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:34:25.795 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没干成活..
从结果可以看出小女干成活，小南没有干成活。既然送烟的没到，小南应该继续等待才行，等送烟的来了再干活。
用 notifyAll 仅解决某个线程的唤醒问题，但使用 if + wait 判断仅有一次机会，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了
2.5 最终结果
@Slf4j
public class Test2 {
private static final Object room = new Object();
// 是否有烟，默认没有
private static boolean hasCigarette = false;
// 是否有外卖，默认没有
static boolean hasTakeout = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
while (!hasCigarette){
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
}else {
log.debug("没干成活..");
}
}
},"小南").start();
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
if(!hasTakeout){
log.debug("没外卖，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
if(hasTakeout){
log.debug("有外卖,[{}],可以开始干活了", hasTakeout);
}else{
log.debug("没干成活..");
}
}
},"小女").start();
// 主线程等待1s
Thread.sleep(1000);
// 送烟的，唤醒正在睡眠的小南线程
new Thread(()->{
synchronized (room){
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了....");
room.notifyAll();
}
},"送外卖的").start();
}
}
@Slf4j
public class Test2 {
private static final Object room = new Object();
// 是否有烟，默认没有
private static boolean hasCigarette = false;
// 是否有外卖，默认没有
static boolean hasTakeout = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
while (!hasCigarette){
log.debug("没烟，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
if(hasCigarette){
log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
}else {
log.debug("没干成活..");
}
}
},"小南").start();
new Thread(()->{
synchronized (room){
log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
if(!hasTakeout){
log.debug("没外卖，先歇会！");
try {
room.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
if(hasTakeout){
log.debug("有外卖,[{}],可以开始干活了", hasTakeout);
}else{
log.debug("没干成活..");
}
}
},"小女").start();
// 主线程等待1s
Thread.sleep(1000);
// 送烟的，唤醒正在睡眠的小南线程
new Thread(()->{
synchronized (room){
hasTakeout = true;
log.debug("外卖到了....");
room.notifyAll();
}
},"送外卖的").start();
}
}
执行结果：当没烟的时候，小南线程继续等待，等待下一次判断有烟的时候再干活
11:38:36.206 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:38:36.212 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:38:36.212 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[false]
11:38:36.212 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 没外卖，先歇会！
11:38:37.205 [送外卖的] DEBUG com.example.test.Test2 - 外卖到了....
11:38:37.205 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[true]
11:38:37.205 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖,[true],可以开始干活了
11:38:37.205 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
使用wait-notify的正确姿势：
synchronized(lock) {
while(条件不成立) {
lock.wait();
}
}
//另一个线程
synchronized(lock) {
lock.notifyAll();
}
调用wait()和notify()系列方法进行线程通信的要点如下：
(1) 调用某个同步对象locko的wait()和notify()类型方法前，必须要取得这个锁对象的监视锁，所以wait()和notify()类型方法必须放在synchronized(locko)同步块中，如果没有获得监视锁，JVM就会报IllegalMonitorStateException异常。
(2) 调用wait()方法时使用while进行条件判断，如果是在某种条件下进行等待，对条件的判断就不能使用if语句做一次性判断，而是使用while循环进行反复判断。只有这样才能在线程被唤醒后继续检查wait的条件，并在条件没有满足的情况下继续等待。
总结
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