在多線程編程中，wait 方法是讓當(dāng)前線程進入休眠狀態(tài)，直到另一個線程調(diào)用了 notify 或 notifyAll 方法之后，才能繼續(xù)恢復(fù)執(zhí)行。而在 Java 中，wait 和 notify/notifyAll 有著一套自己的使用格式要求，也就是在使用 wait 和 notify(notifyAll 的使用和 notify 類似，所以下文就只用 notify 用來指代二者)必須配合 synchronized 一起使用才行。

wait/notify基礎(chǔ)使用

wait 和 notify 的基礎(chǔ)方法如下：

Object lock = new Object();
new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        try {
            System.out.println("wait 之前");
            // 調(diào)用 wait 方法
            lock.wait();
            System.out.println("wait 之后");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}).start();

Thread.sleep(100);
synchronized (lock) {
    System.out.println("執(zhí)行 notify");
    // 調(diào)用 notify 方法
    lock.notify();
}

以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：

wait/notify和synchronized一起用?

那問題來了，是不是 wait 和 notify 一定要配合 synchronized 一起使用呢?wait 和 notify 單獨使用行不行呢?我們嘗試將以上代碼中的 synchronized 代碼行刪除，實現(xiàn)代碼如下：

初看代碼好像沒啥問題，編譯器也沒報錯，好像能“正常使用”，然而當(dāng)我們運行以上程序時就會發(fā)生如下錯誤：

從上述結(jié)果可以看出：無論是 wait 還是 notify，如果不配合 synchronized 一起使用，在程序運行時就會報 IllegalMonitorStateException 非法的監(jiān)視器狀態(tài)異常，而且 notify 也不能實現(xiàn)程序的喚醒功能了。

原因分析

從上述的報錯信息我們可以看出，JVM 在運行時會強制檢查 wait 和 notify 有沒有在 synchronized 代碼中，如果沒有的話就會報非法監(jiān)視器狀態(tài)異常(IllegalMonitorStateException)，但這也僅僅是運行時的程序表象，那為什么 Java 要這樣設(shè)計呢?其實這樣設(shè)計的原因就是為了防止多線程并發(fā)運行時，程序的執(zhí)行混亂問題。初看這句話，好像是用來描述“鎖”的。然而實際情況也是如此，wait 和 notify 引入鎖就是來規(guī)避并發(fā)執(zhí)行時程序的執(zhí)行混亂問題的。那這個“執(zhí)行混亂問題”到底是啥呢?接下來我們繼續(xù)往下看。

wait和notify問題復(fù)現(xiàn)

我們假設(shè) wait 和 notify 可以不加鎖，我們用它們來實現(xiàn)一個自定義阻塞隊列。這里的阻塞隊列是指讀操作阻塞，也就是當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時，如果有數(shù)據(jù)就返回數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)則阻塞等待數(shù)據(jù)，實現(xiàn)代碼如下：

class MyBlockingQueue {
    // 用來保存數(shù)據(jù)的集合
    Queue<String> queue = new LinkedList<>();

    /**
     * 添加方法
     */
    public void put(String data) {
        // 隊列加入數(shù)據(jù)
        queue.add(data); 
        // 喚醒線程繼續(xù)執(zhí)行（這里的線程指的是執(zhí)行 take 方法的線程）
        notify(); // ③
    }

    /**
     * 獲取方法（阻塞式執(zhí)行）
     * 如果隊列里面有數(shù)據(jù)則返回數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)就阻塞等待數(shù)據(jù)
     * @return
     */
    public String take() throws InterruptedException {
        // 使用 while 判斷是否有數(shù)據(jù)（這里使用 while 而非 if 是為了防止虛假喚醒）
        while (queue.isEmpty()) { // ①  
            // 沒有任務(wù)，先阻塞等待
            wait(); // ②
        }
        return queue.remove(); // 返回數(shù)據(jù)
    }
}

注意上述代碼，我們在代碼中標(biāo)識了三個關(guān)鍵執(zhí)行步驟：①：判斷隊列中是否有數(shù)據(jù);②：執(zhí)行 wait 休眠操作;③：給隊列中添加數(shù)據(jù)并喚醒阻塞線程。如果不強制要求添加 synchronized，那么就會出現(xiàn)如下問題：

從上述執(zhí)行流程看出問題了嗎?如果 wait 和 notify 不強制要求加鎖，那么在線程 1 執(zhí)行完判斷之后，尚未執(zhí)行休眠之前，此時另一個線程添加數(shù)據(jù)到隊列中。然而這時線程 1 已經(jīng)執(zhí)行過判斷了，所以就會直接進入休眠狀態(tài)，從而導(dǎo)致隊列中的那條數(shù)據(jù)永久性不能被讀取，這就是程序并發(fā)運行時“執(zhí)行結(jié)果混亂”的問題。然而如果配合 synchronized 一起使用的話，代碼就會變成以下這樣：

class MyBlockingQueue {
    // 用來保存任務(wù)的集合
    Queue<String> queue = new LinkedList<>();

    /**
     * 添加方法
     */
    public void put(String data) {
        synchronized (MyBlockingQueue.class) {
            // 隊列加入數(shù)據(jù)
            queue.add(data);
            // 為了防止 take 方法阻塞休眠，這里需要調(diào)用喚醒方法 notify
            notify(); // ③
        }
    }

    /**
     * 獲取方法（阻塞式執(zhí)行）
     * 如果隊列里面有數(shù)據(jù)則返回數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)就阻塞等待數(shù)據(jù)
     * @return
     */
    public String take() throws InterruptedException {
        synchronized (MyBlockingQueue.class) {
            // 使用 while 判斷是否有數(shù)據(jù)（這里使用 while 而非 if 是為了防止虛假喚醒）
            while (queue.isEmpty()) {  // ①
                // 沒有任務(wù)，先阻塞等待
                wait(); // ②
            }
        }
        return queue.remove(); // 返回數(shù)據(jù)
    }
}

這樣改造之后，關(guān)鍵步驟 ① 和關(guān)鍵步驟 ② 就可以一起執(zhí)行了，從而當(dāng)線程執(zhí)行了步驟 ③ 之后，線程 1 就可以讀取到隊列中的那條數(shù)據(jù)了，它們的執(zhí)行流程如下：

這樣咱們的程序就可以正常執(zhí)行了，這就是為什么 Java 設(shè)計一定要讓 wait 和 notify 配合上 synchronized 一起使用的原因了。

總結(jié)

本文介紹了 wait 和 notify 的基礎(chǔ)使用，以及為什么 wait 和 notify/notifyAll 一定要配合 synchronized 使用的原因。如果 wait 和 notify/notifyAll 不強制和 synchronized 一起使用，那么在多線程執(zhí)行時，就會出現(xiàn) wait 執(zhí)行了一半，然后又執(zhí)行了添加數(shù)據(jù)和 notify 的操作，從而導(dǎo)致線程一直休眠的缺陷。