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)際開發(fā)的時(shí)候很多時(shí)候卻并沒有被大家重視。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。

我們可以利用wait()來讓一個(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 來通知那些等待中的線程重新開始運(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 來實(shí)現(xiàn)線程間的通信，從而解決生產(chǎn)者消費(fèi)者問題。如果你想要更深入地學(xué)習(xí)Java中的多線程同步問題，我強(qiáng)烈推薦閱讀Brian Goetz所著的《Java Concurrency in Practice | Java 并發(fā)實(shí)踐》，不讀這本書你的 Java 多線程征程就不完整哦！這是我最向Java開發(fā)者推薦的書之一。

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類的函數(shù)，但用它們來寫代碼卻并不簡單。如果你在面試中讓應(yīng)聘者來手寫代碼， 用wait和notify解決生產(chǎn)者消費(fèi)者問題，我?guī)缀蹩梢钥隙ㄋ麄冎械拇蠖鄶?shù)都會(huì)無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，沒有對(duì)正確的對(duì)象使用wait，或者沒有遵循規(guī)范的代碼方法。說實(shí)話，這個(gè)問題對(duì)于不常使用它們的程序員來說確實(shí)令人感覺比較頭疼。

***個(gè)問題就是，我們?cè)趺丛诖a里使用wait()呢？因?yàn)閣ait()并不是Thread類下的函數(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，因?yàn)樗鼈兞?xí)慣了使用Thread.sleep()，所以他們會(huì)試圖使用wait() 來達(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題。正確的方法是對(duì)在多線程間共享的那個(gè)Object來使用wait。在生產(chǎn)者消費(fèi)者問題中，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)者問題中，應(yīng)該被synchronized的就是那個(gè) 緩沖區(qū)隊(duì)列。（我覺得這里是英文原文有問題……本來那個(gè)句末就不應(yīng)該是問號(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)一定要記住的問題就是，你應(yīng)該永遠(yuǎn)在 while循環(huán)，而不是if語句中調(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)列是滿的話，那么生產(chǎn)者線程應(yīng)該等 待”，你可能直覺就會(huì)寫一個(gè)if語句。但if語句存在一些微妙的小問題，導(dǎo)致即使條件沒被滿足，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足，你的程序就有可能會(huì)出錯(cuò)——例如在緩沖區(qū)為滿的時(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***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：

// 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 
} 

就像我之前說的一樣，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)檢查條件是否被滿足。如果條件并未改變，wait被調(diào)用之前notify的喚醒通知就來了，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，而Producer和 Consumer都繼承了Thread類。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***循環(huán)中持續(xù)往 LinkedList里插入隨機(jī)整數(shù)直到LinkedList滿。我們?cè)趙hile(queue.size == maxSize)循環(huán)語句中檢查這個(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。

import java.util.LinkedList; 
import java.util.Queue; 
import java.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 
*/ 
public class ProducerConsumerInJava { 
public static 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 = new LinkedList<>(); 
  int maxSize = 10; 
  Thread producer = new Producer(buffer, maxSize, "PRODUCER"); 
  Thread consumer = new Consumer(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 
* 
*/ 
class Producer extends Thread 
{ private Queue<Integer> queue; 
  private int maxSize; 
  public Producer(Queue<Integer> queue, int maxSize, String name){ 
   super(name); this.queue = queue; this.maxSize = maxSize; 
  } 
  @Override public 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 = new Random(); 
       int i = 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 
* 
*/ 
class Consumer extends Thread { 
  private Queue<Integer> queue; 
  private int maxSize; 
  public Consumer(Queue<Integer> queue, int maxSize, String name){ 
   super(name); 
   this.queue = queue; 
   this.maxSize = maxSize; 
  } 
  @Override public 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(); 
    } 
   } 
  } 
} 

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)來實(shí)現(xiàn)線程間通信。你可以用它們來實(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解決同步問題的方 案。例如，如果你想使用生產(chǎn)者消費(fèi)者模型的話，你也可以使用BlockingQueue，它會(huì)幫你處理所有的線程安全問題和流程控制。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，你也可 以使用Semaphore。