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wait, notify 和 notifyAll，這些在多線程中被經(jīng)常用到的保留關(guān)鍵字，在實(shí)際開(kāi)發(fā)的時(shí)候很多時(shí)候卻并沒(méi)有被大家重視。本文對(duì)這些關(guān)鍵字的使用進(jìn)行了描述。

在 Java 中可以用 wait、notify 和 notifyAll 來(lái)實(shí)現(xiàn)線程間的通信。。舉個(gè)例子，如果你的Java程序中有兩個(gè)線程——即生產(chǎn)者和消費(fèi)者，那么生產(chǎn)者可以通知消費(fèi)者，讓消費(fèi)者開(kāi)始消耗數(shù)據(jù)，因?yàn)殛?duì)列緩沖區(qū)中有內(nèi)容待消費(fèi)（不為空）。相應(yīng)的，消費(fèi)者可以通知生產(chǎn)者可以開(kāi)始生成更多的數(shù)據(jù)，因?yàn)楫?dāng)它消耗掉某些數(shù)據(jù)后緩沖區(qū)不再為滿(mǎn)。

我們可以利用wait()來(lái)讓一個(gè)線程在某些條件下暫停運(yùn)行。例如，在生產(chǎn)者消費(fèi)者模型中，生產(chǎn)者線程在緩沖區(qū)為滿(mǎn)的時(shí)候，消費(fèi)者在緩沖區(qū)為空的時(shí)候，都應(yīng)該暫停運(yùn)行。如果某些線程在等待某些條件觸發(fā)，那當(dāng)那些條件為真時(shí)，你可以用 notify 和 notifyAll 來(lái)通知那些等待中的線程重新開(kāi)始運(yùn)行。不同之處在于，notify 僅僅通知一個(gè)線程，并且我們不知道哪個(gè)線程會(huì)收到通知，然而 notifyAll 會(huì)通知所有等待中的線程。換言之，如果只有一個(gè)線程在等待一個(gè)信號(hào)燈，notify和notifyAll都會(huì)通知到這個(gè)線程。但如果多個(gè)線程在等待這個(gè)信號(hào)燈，那么notify只會(huì)通知到其中一個(gè)，而其它線程并不會(huì)收到任何通知，而notifyAll會(huì)喚醒所有等待中的線程。

在這篇文章中你將會(huì)學(xué)到如何使用 wait、notify 和 notifyAll 來(lái)實(shí)現(xiàn)線程間的通信，從而解決生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題。如果你想要更深入地學(xué)習(xí)Java中的多線程同步問(wèn)題，我強(qiáng)烈推薦閱讀Brian Goetz所著的《Java Concurrency in Practice?|?Java 并發(fā)實(shí)踐》，不讀這本書(shū)你的 Java 多線程征程就不完整哦！這是我最向Java開(kāi)發(fā)者推薦的書(shū)之一。

如何使用Wait

盡管關(guān)于wait和notify的概念很基礎(chǔ)，它們也都是Object類(lèi)的函數(shù)，但用它們來(lái)寫(xiě)代碼卻并不簡(jiǎn)單。如果你在面試中讓?xiě)?yīng)聘者來(lái)手寫(xiě)代碼，用wait和notify解決生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題，我?guī)缀蹩梢钥隙ㄋ麄冎械拇蠖鄶?shù)都會(huì)無(wú)所適從或者犯下一些錯(cuò)誤，例如在錯(cuò)誤的地方使用 synchronized 關(guān)鍵詞，沒(méi)有對(duì)正確的對(duì)象使用wait，或者沒(méi)有遵循規(guī)范的代碼方法。說(shuō)實(shí)話(huà)，這個(gè)問(wèn)題對(duì)于不常使用它們的程序員來(lái)說(shuō)確實(shí)令人感覺(jué)比較頭疼。

第一個(gè)問(wèn)題就是，我們?cè)趺丛诖a里使用wait()呢？因?yàn)閣ait()并不是Thread類(lèi)下的函數(shù)，我們并不能使用Thread.call()。事實(shí)上很多Java程序員都喜歡這么寫(xiě)，因?yàn)樗鼈兞?xí)慣了使用Thread.sleep()，所以他們會(huì)試圖使用wait() 來(lái)達(dá)成相同的目的，但很快他們就會(huì)發(fā)現(xiàn)這并不能順利解決問(wèn)題。正確的方法是對(duì)在多線程間共享的那個(gè)Object來(lái)使用wait。在生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題中，這個(gè)共享的Object就是那個(gè)緩沖區(qū)隊(duì)列。

第二個(gè)問(wèn)題是，既然我們應(yīng)該在synchronized的函數(shù)或是對(duì)象里調(diào)用wait，那哪個(gè)對(duì)象應(yīng)該被synchronized呢？答案是，那個(gè)你希望上鎖的對(duì)象就應(yīng)該被synchronized，即那個(gè)在多個(gè)線程間被共享的對(duì)象。在生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題中，應(yīng)該被synchronized的就是那個(gè)緩沖區(qū)隊(duì)列。（我覺(jué)得這里是英文原文有問(wèn)題……本來(lái)那個(gè)句末就不應(yīng)該是問(wèn)號(hào)不然不太通……）

永遠(yuǎn)在循環(huán)（loop）里調(diào)用 wait 和 notify，不是在 If 語(yǔ)句

現(xiàn)在你知道wait應(yīng)該永遠(yuǎn)在被synchronized的背景下和那個(gè)被多線程共享的對(duì)象上調(diào)用，下一個(gè)一定要記住的問(wèn)題就是，你應(yīng)該永遠(yuǎn)在while循環(huán)，而不是if語(yǔ)句中調(diào)用wait。因?yàn)榫€程是在某些條件下等待的——在我們的例子里，即“如果緩沖區(qū)隊(duì)列是滿(mǎn)的話(huà)，那么生產(chǎn)者線程應(yīng)該等待”，你可能直覺(jué)就會(huì)寫(xiě)一個(gè)if語(yǔ)句。但if語(yǔ)句存在一些微妙的小問(wèn)題，導(dǎo)致即使條件沒(méi)被滿(mǎn)足，你的線程你也有可能被錯(cuò)誤地喚醒。所以如果你不在線程被喚醒后再次使用while循環(huán)檢查喚醒條件是否被滿(mǎn)足，你的程序就有可能會(huì)出錯(cuò)——例如在緩沖區(qū)為滿(mǎn)的時(shí)候生產(chǎn)者繼續(xù)生成數(shù)據(jù)，或者緩沖區(qū)為空的時(shí)候消費(fèi)者開(kāi)始小號(hào)數(shù)據(jù)。所以記住，永遠(yuǎn)在while循環(huán)而不是if語(yǔ)句中使用wait！我會(huì)推薦閱讀《Effective Java》，這是關(guān)于如何正確使用wait和notify的最好的參考資料。

基于以上認(rèn)知，下面這個(gè)是使用wait和notify函數(shù)的規(guī)范代碼模板：

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// The standard idiom for calling the wait method in Java synchronized(sharedObject) { while(condition) { sharedObject.wait();// (Releases lock, and reacquires on wakeup) }// do action based upon condition e.g. take or put into queue }

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就像我之前說(shuō)的一樣，在while循環(huán)里使用wait的目的，是在線程被喚醒的前后都持續(xù)檢查條件是否被滿(mǎn)足。如果條件并未改變，wait被調(diào)用之前notify的喚醒通知就來(lái)了，那么這個(gè)線程并不能保證被喚醒，有可能會(huì)導(dǎo)致死鎖問(wèn)題。

Java wait(), notify(), notifyAll() 范例

下面我們提供一個(gè)使用wait和notify的范例程序。在這個(gè)程序里，我們使用了上文所述的一些代碼規(guī)范。我們有兩個(gè)線程，分別名為PRODUCER（生產(chǎn)者）和CONSUMER（消費(fèi)者），他們分別繼承了了Producer和Consumer類(lèi)，而Producer和Consumer都繼承了Thread類(lèi)。Producer和Consumer想要實(shí)現(xiàn)的代碼邏輯都在run()函數(shù)內(nèi)。Main線程開(kāi)始了生產(chǎn)者和消費(fèi)者線程，并聲明了一個(gè)LinkedList作為緩沖區(qū)隊(duì)列（在Java中，LinkedList實(shí)現(xiàn)了隊(duì)列的接口）。生產(chǎn)者在無(wú)限循環(huán)中持續(xù)往LinkedList里插入隨機(jī)整數(shù)直到LinkedList滿(mǎn)。我們?cè)趙hile(queue.size == maxSize)循環(huán)語(yǔ)句中檢查這個(gè)條件。請(qǐng)注意到我們?cè)谧鲞@個(gè)檢查條件之前已經(jīng)在隊(duì)列對(duì)象上使用了synchronized關(guān)鍵詞，因而其它線程不能在我們檢查條件時(shí)改變這個(gè)隊(duì)列。如果隊(duì)列滿(mǎn)了，那么PRODUCER線程會(huì)在CONSUMER線程消耗掉隊(duì)列里的任意一個(gè)整數(shù)，并用notify來(lái)通知PRODUCER線程之前持續(xù)等待。在我們的例子中，wait和notify都是使用在同一個(gè)共享對(duì)象上的。

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importjava.util.LinkedList; importjava.util.Queue; importjava.util.Random; /** * Simple Java program to demonstrate How to use wait, notify and notifyAll() * method in Java by solving producer consumer problem. * * @author Javin Paul */ publicclass ProducerConsumerInJava { publicstatic void main(String args[]) { System.out.println("How to use wait and notify method in Java");System.out.println("Solving Producer Consumper Problem");Queue<Integer> buffer = newLinkedList<>(); intmaxSize = 10;Thread producer = newProducer(buffer, maxSize, "PRODUCER");Thread consumer = newConsumer(buffer, maxSize, "CONSUMER");producer.start(); consumer.start(); } }/*** Producer Thread will keep producing values for Consumer * to consumer. It will use wait() method when Queue is full * and use notify() method to send notification to Consumer * Thread. ** @author WINDOWS 8 **/classProducer extendsThread {privateQueue<Integer> queue; privateint maxSize; publicProducer(Queue<Integer> queue, intmaxSize, String name){ super(name);this.queue = queue; this.maxSize = maxSize; }@Overridepublic void run() {while(true){synchronized(queue) { while(queue.size() == maxSize) { try{ System.out .println("Queue is full, " + "Producer thread waiting for "+ "consumer to take something from queue");queue.wait();}catch(Exception ex) { ex.printStackTrace(); } }Random random = newRandom(); inti = random.nextInt(); System.out.println("Producing value : " + i); queue.add(i); queue.notifyAll(); }}}}/*** Consumer Thread will consumer values form shared queue. * It will also use wait() method to wait if queue is * empty. It will also use notify method to send * notification to producer thread after consuming values * from queue. ** @author WINDOWS 8 **/classConsumer extendsThread { privateQueue<Integer> queue; privateint maxSize; publicConsumer(Queue<Integer> queue, intmaxSize, String name){ super(name);this.queue = queue; this.maxSize = maxSize; }@Overridepublic void run() { while(true) { synchronized(queue) { while(queue.isEmpty()) { System.out.println("Queue is empty," + "Consumer thread is waiting" + " for producer thread to put something in queue");try{ queue.wait();}catch(Exception ex) { ex.printStackTrace();}}System.out.println("Consuming value : " + queue.remove()); queue.notifyAll(); }}}}

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為了更好地理解這個(gè)程序，我建議你在debug模式里跑這個(gè)程序。一旦你在debug模式下啟動(dòng)程序，它會(huì)停止在PRODUCER或者CONSUMER線程上，取決于哪個(gè)線程占據(jù)了CPU。因?yàn)閮蓚€(gè)線程都有wait()的條件，它們一定會(huì)停止，然后你就可以跑這個(gè)程序然后看發(fā)生什么了（很有可能它就會(huì)輸出我們以上展示的內(nèi)容）。你也可以使用Eclipse里的Step into和Step over按鈕來(lái)更好地理解多線程間發(fā)生的事情。

本文重點(diǎn)：

1. 你可以使用wait和notify函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)線程間通信。你可以用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程（>3）之間的通信。

2. 永遠(yuǎn)在synchronized的函數(shù)或?qū)ο罄锸褂脀ait、notify和notifyAll，不然Java虛擬機(jī)會(huì)生成 IllegalMonitorStateException。

3. 永遠(yuǎn)在while循環(huán)里而不是if語(yǔ)句下使用wait。這樣，循環(huán)會(huì)在線程睡眠前后都檢查wait的條件，并在條件實(shí)際上并未改變的情況下處理喚醒通知。

4. 永遠(yuǎn)在多線程間共享的對(duì)象（在生產(chǎn)者消費(fèi)者模型里即緩沖區(qū)隊(duì)列）上使用wait。

5.?基于前文提及的理由，更傾向用 notifyAll()，而不是 notify()。

這是關(guān)于Java里如何使用wait, notify和notifyAll的所有重點(diǎn)啦。你應(yīng)該只在你知道自己要做什么的情況下使用這些函數(shù)，不然Java里還有很多其它的用來(lái)解決同步問(wèn)題的方案。例如，如果你想使用生產(chǎn)者消費(fèi)者模型的話(huà)，你也可以使用BlockingQueue，它會(huì)幫你處理所有的線程安全問(wèn)題和流程控制。如果你想要某一個(gè)線程等待另一個(gè)線程做出反饋再繼續(xù)運(yùn)行，你也可以使用CycliBarrier或者CountDownLatch。如果你只是想保護(hù)某一個(gè)資源的話(huà)，你也可以使用Semaphore。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的如何在 Java 中正确使用 wait, notify 和 notifyAll – 以生产者消费者模型为例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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