深入讲解Java线程中 wait 和 notify 的用法和原理

基本概念

wait 和 notify 是 Java 中用于线程间通信的方法，定义在 Object 类中。它们的主要作用是在多线程环境中协调线程的执行顺序。

`wait` 方法

作用：使当前线程进入等待状态，直到其他线程调用 notify 或 notifyAll 方法唤醒它。
调用条件：必须在同步块或同步方法中调用，因为调用 wait 方法的线程需要持有对象的监视器锁（即对象锁）。
锁释放：调用 wait 方法时，当前线程会释放对象的监视器锁，并进入该对象的等待队列中。

synchronized (lock) {while (!condition) {lock.wait();}// 执行后续操作
}

`notify` 方法

作用：唤醒在该对象的等待队列中等待的一个线程。如果有多个线程在等待，选择其中一个线程唤醒。
调用条件：必须在同步块或同步方法中调用，因为调用 notify 方法的线程需要持有对象的监视器锁。

synchronized (lock) {condition = true;lock.notify();
}

`notifyAll` 方法

作用：唤醒在该对象的等待队列中等待的所有线程。
调用条件：必须在同步块或同步方法中调用，因为调用 notifyAll 方法的线程需要持有对象的监视器锁。

synchronized (lock) {condition = true;lock.notifyAll();
}

使用场景：生产者-消费者模式

生产者-消费者模式是 wait 和 notify 方法的经典应用场景。在这种模式下，生产者线程生成数据，消费者线程消费数据，wait 和 notify 方法用于协调它们的工作。

示例代码

class SharedResource {private int content;private boolean available = false;public synchronized void put(int value) {while (available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}content = value;available = true;notify();}public synchronized int get() {while (!available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}available = false;notify();return content;}
}class Producer implements Runnable {private SharedResource resource;public Producer(SharedResource resource) {this.resource = resource;}public void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {resource.put(i);System.out.println("Produced: " + i);try {Thread.sleep((int) (Math.random() * 100));} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}}
}class Consumer implements Runnable {private SharedResource resource;public Consumer(SharedResource resource) {this.resource = resource;}public void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {int value = resource.get();System.out.println("Consumed: " + value);try {Thread.sleep((int) (Math.random() * 100));} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}}
}public class ProducerConsumerTest {public static void main(String[] args) {SharedResource resource = new SharedResource();Thread producerThread = new Thread(new Producer(resource));Thread consumerThread = new Thread(new Consumer(resource));producerThread.start();consumerThread.start();}
}

运行效果

这段代码展示了生产者和消费者如何通过 wait 和 notify 方法进行协调：

Produced: 0
Consumed: 0
Produced: 1
Consumed: 1
Produced: 2
Consumed: 2
...

详细解释

生产者线程：
- 生产者线程调用 put 方法试图放入一个值。
- 如果 available 为 true（表示已有未被消费的数据），生产者线程调用 wait 方法进入等待状态，直到消费者消费了数据并唤醒它。
- 如果 available 为 false，生产者线程放入新值，设置 available 为 true，并调用 notify 方法唤醒一个等待的消费者线程。
消费者线程：
- 消费者线程调用 get 方法试图获取一个值。
- 如果 available 为 false（表示没有可消费的数据），消费者线程调用 wait 方法进入等待状态，直到生产者放入新数据并唤醒它。
- 如果 available 为 true，消费者线程获取值，设置 available 为 false，并调用 notify 方法唤醒一个等待的生产者线程。