java 为什么wait(),notify(),notifyAll()必须在同步方法/代码块中调用?

本文详细解析了Java中线程同步的基本原理,包括监视器、锁、等待队列的概念,重点介绍了wait()、notify()及notifyAll()方法的正确使用方式,以及它们与synchronized关键字的关系。
在Java中,所有对象都能够被作为"监视器monitor"——指一个拥有一个独占锁,一个入口队列和一个等待队列的实体entity。所有对象的非同步方法都能够在任意时刻被任意线程调用,此时不需要考虑加锁的问题。而对于对象的同步方法来说,在任意时刻有且仅有一个拥有该对象独占锁的线程能够调用它们。例如,一个同步方法是独占的。如果在线程调用某一对象的同步方法时,对象的独占锁被其他线程拥有,那么当前线程将处于阻塞状态,并添加到对象的入口队列中。
只有在调用线程拥有某个对象的独占锁时,才能够调用该对象的wait(),notify()和notifyAll()方法。这一点通常不会被程序员注意,因为程序验证通常是在对象的同步方法或同步代码块中调用它们的。如果尝试在未获取对象锁时调用这三个方法,那么你将得到一个"java.lang.IllegalMonitorStateException:current thread not owner"。
当一个线程正在某一个对象的同步方法中运行时调用了这个对象的wait()方法,那么这个线程将释放该对象的独占锁并被放入这个对象的等待队列。注意,wait()方法强制当前线程释放对象锁。这意味着在调用某对象的wait()方法之前,当前线程必须已经获得该对象的锁。因此,线程必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对象的wait()方法。
当某线程调用某对象的notify()或notifyAll()方法时,任意一个(对于notify())或者所有(对于notifyAll())在该对象的等待队列中的线程,将被转移到该对象的入口队列。接着这些队列(译者注:可能只有一个)将竞争该对象的锁,最终获得锁的线程继续执行。如果没有线程在该对象的等待队列中等待获得锁,那么notify()和notifyAll()将不起任何作用。在调用对象的notify()和notifyAll()方法之前,调用线程必须已经得到该对象的锁。因此,必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对象的notify()或notifyAll()方法。
对于处于某对象的等待队列中的线程,只有当其他线程调用此对象的notify()或notifyAll()方法时才有机会继续执行。
调用wait()方法的原因通常是,调用线程希望某个特殊的状态(或变量)被设置之后再继续执行。调用notify()或notifyAll()方法的原因通常是,调用线程希望告诉其他等待中的线程:"特殊状态已经被设置"。这个状态作为线程间通信的通道,它必须是一个可变的共享状态(或变量)。
例如,生产者线程向缓冲区中写入数据,消费者线程从缓冲区中读取数据。消费者线程需要等待直到生产者线程完成一次写入操作。生产者线程需要等待消费者线程完成一次读取操作。假设wait(),notify(),notifyAll()方法不需要加锁就能够被调用。此时消费者线程调用wait()正在进入状态变量的等待队列(译者注:可能还未进入)。在同一时刻,生产者线程调用notify()方法打算向消费者线程通知状态改变。那么此时消费者线程将错过这个通知并一直阻塞。因此,对象的wait(),notify(),notifyAll()方法必须在该对象的同步方法或同步代码块中被互斥地调用。

三。 wait()与sleep()的区别
sleep()方法是Thread类的静态方法,不涉及到线程间同步概念,仅仅为了让一个线程自身获得一段沉睡时间。sleep可以在任何地方使用。
wait()方法是object类的方法,解决的问题是线程间的同步,该过程包含了同步锁的获取和释放,调用wait方法将会将调用者的线程挂起,直到其他线程调用同一个对象的notify()方法才会重新激活调用者。
注意:线程调用notify()之后,只有该线程完全从 synchronized代码里面执行完毕后,monitor才会被释放,被唤醒线程才可以真正得到执行权。

 今天同学写个手机游戏,用蓝牙传输数据的时候丢包,问我解决方案,我提出的方案是:用多线程发送数据并要求对方回送ack号,如果在一定时间内没收到就要重发,如果收到了就要自身wait,那么这要用到多线了,开始写了几个老是报错,就在网上找了找这方面的资料,终于解决了,呵呵!下面我把这篇写的比较全面的文章转载过来,做个笔记,希望能帮助更多的用多线程出现问题的朋友们。

 

wait与notify是java同步机制中重要的组成部分。结合与synchronized关键字使用,可以建立很多优秀的同步模型。

      synchronized(this){}等价与public synchronized void method(){.....}

      同步分为类级别和对象级别,分别对应着类锁和对象锁。类锁是每个类只有一个,如果static的方法被synchronized关键字修饰,则在这个方法被执行前必须获得类锁;对象锁类同。

      首先,调用一个Object的wait与notify/notifyAll的时候,必须保证调用代码对该Object是同步的,也就是说必须在作用等同于synchronized(obj){......}的内部才能够去调用obj的wait与notify/notifyAll三个方法,否则就会报错:

      java.lang.IllegalMonitorStateException: current thread not owner

      在调用wait的时候,线程自动释放其占有的对象锁,同时不会去申请对象锁。当线程被唤醒的时候,它才再次获得了去获得对象锁的权利。

      所以,notify与notifyAll没有太多的区别,只是notify仅唤醒一个线程并允许它去获得锁,notifyAll是唤醒所有等待这个对象的线程并允许它们去获得对象锁,只要是在synchronied块中的代码,没有对象锁是寸步难行的。其实唤醒一个线程就是重新允许这个线程去获得对象锁并向下运行。

       顺便说一下notifyall,虽然是对每个wait的对象都调用一次notify,但是这个还是有顺序的,每个对象都保存这一个等待对象链,调用的顺序就是这个链的顺序。其实启动等待对象链中各个线程的也是一个线程,在具体应用的时候,需要注意一下。

class ThreadA

{

    public static void main(String[] args)

    {

      ThreadB b=new ThreadB();

      b.start();

      System.out.println("b is start....");

      synchronized(b)//括号里的b是什么意思,起什么作用?

      {

        try

        {

System.out.println("Waiting for b to complete...");

b.wait();//这一句是什么意思,究竟让谁wait?

          System.out.println("Completed.Now back to main thread");

        }catch (InterruptedException e){}

      }

      System.out.println("Total is :"+b.total);

     }

}

class ThreadB extends Thread

{

    int total;

    public void run()

    {

      synchronized(this)

      {

        System.out.println("ThreadB is running..");

        for (int i=0;i<100;i++ )

        {

          total +=i;

          System.out.println("total is "+total);

        }

        notify();

      }

    }

}

要分析这个程序,首先要理解notify()和wait(),为什么在前几天纪录线程的时候没有纪录这两个方法呢,因为这两个方法本来就不属于Thread类,而是属于最底层的object基础类的,也就是说不光是Thread,每个对象都有notify和wait的功能,为什么?因为他们是用来操纵锁的,而每个对象都有锁,锁是每个对象的基础,既然锁是基础的,那么操纵锁的方法当然也是最基础了.

再往下看之前呢,首先最好复习一下Think in Java的14.3.1中第3部分内容:等待和通知,也就是wait()和notify了.

按照Think in Java中的解释:"wait()允许我们将线程置入“睡眠”状态,同时又“积极”地等待条件发生改变.而且只有在一个notify()或notifyAll()发生变化的时候,线程才会被唤醒,并检查条件是否有变."

    我们来解释一下这句话.

    "wait()允许我们将线程置入“睡眠”状态",也就是说,wait也是让当前线程阻塞的,这一点和sleep或者suspend是相同的.那和sleep,suspend有什么区别呢?

     区别在于"(wait)同时又“积极”地等待条件发生改变",这一点很关键,sleep和suspend无法做到.因为我们有时候需要通过同步(synchronized)的帮助来防止线程之间的冲突,而一旦使用同步,就要锁定对象,也就是获取对象锁,其它要使用该对象锁的线程都只能排队等着,等到同步方法或者同步块里的程序全部运行完才有机会.在同步方法和同步块中,无论sleep()还是suspend()都不可能自己被调用的时候解除锁定,他们都霸占着正在使用的对象锁不放.

     而wait却可以,它可以让同步方法或者同步块暂时放弃对象锁,而将它暂时让给其它需要对象锁的人(这里应该是程序块,或线程)用,这意味着可在执行wait()期间调用线程对象中的其他同步方法!在其它情况下(sleep啊,suspend啊),这是不可能的.

     但是注意我前面说的,只是暂时放弃对象锁,暂时给其它线程使用,我wait所在的线程还是要把这个对象锁收回来的呀.wait什么?就是wait别人用完了还给我啊!

     好,那怎么把对象锁收回来呢?

     第一种方法,限定借出去的时间.在wait()中设置参数,比如wait(1000),以毫秒为单位,就表明我只借出去1秒中,一秒钟之后,我自动收回.

     第二种方法,让借出去的人通知我,他用完了,要还给我了.这时,我马上就收回来.哎,假如我设了1小时之后收回,别人只用了半小时就完了,那怎么办呢?靠!当然用完了就收回了,还管我设的是多长时间啊.

     那么别人怎么通知我呢?相信大家都可以想到了,notify(),这就是最后一句话"而且只有在一个notify()或notifyAll()发生变化的时候,线程才会被唤醒"的意思了.

     因此,我们可将一个wait()和notify()置入任何同步方法或同步块内部,无论在那个类里是否准备进行涉及线程的处理。而且实际上,我们也只能在同步方法或者同步块里面调用wait()和notify().

     这个时候我们来解释上面的程序,简直是易如反掌了.

     synchronized(b){...};的意思是定义一个同步块,使用b作为资源锁。b.wait();的意思是临时释放锁,并阻塞当前线程,好让其他使用同一把锁的线程有机会执行,在这里要用同一把锁的就是b线程本身.这个线程在执行到一定地方后用notify()通知wait的线程,锁已经用完,待notify()所在的同步块运行完之后,wait所在的线程就可以继续执行





























<think>嗯,用户这次的问题聚焦在Javawait()方法必须在同步代码块调用的原因,这确实是多线程编程的核心问题。用户可能正在学习Java并发机制,或者遇到了IllegalMonitorStateException异常想深入理解原理。从ta引用多篇技术文章的行为看,应该是个严谨的学习者。 用户提供的引用资料很有价值,特别是[^3]明确指出wait()会强制释放锁,这需要前置的锁获取动作。而[^4]提到监视器模型,这是理解该机制的关键。需要把这些分散的知识点整合成逻辑链条。 核心矛盾在于:为什么看似简单的线程等待操作非要和synchronized绑定?这涉及三个层面: 1. 技术必要性:没有锁的情况下调用wait()会导致竞态条件(如检查条件后但等待前的状态突变) 2. 模型约束:Java对象监视器要求锁状态与等待队列严格绑定 3. 异常机制:设计者用IllegalMonitorStateException强制开发者遵守规则 特别要注意用户引用[^5]的代码示例,那个错误的take()方法演示了非同步调用wait()的危险——当buffer.isEmpty()判断后、执行wait()前,如果其他线程清空队列,将导致永久等待。这个例子必须重点分析。 在解释时需要强调"先检查后等待"这个操作必须是原子的,就像数据库事务的ACID特性。可以类比用户去银行:柜员(锁)确认账户没钱(条件检查)后让你去等候区(wait()),如果中途没锁门(不同步),其他人可能在你等待时存了钱却没人通知你。 最后生成的问题要覆盖延伸场景:notifyAll的使用选择、虚假唤醒的应对、Lock对象的差异,这些都是实际开发中必然遇到的关联问题。</think>Java中`wait()`方法必须在同步代码块同步方法调用的根本原因在于**确保线程协作的安全性和原子性**,其核心逻辑如下: --- ### 一、核心机制解析 1. **锁状态与条件检查的原子性** `wait()`的调用必须与**前置条件检查**(如`while(buffer.isEmpty())`)构成**原子操作**。若不在同步块中,可能发生以下危险时序: ``` 线程A:检查条件(如队列非空) → 准备调用wait() ↓ 线程B:修改状态(清空队列) → 调用notify() ↓ 线程A:执行wait() // 永久等待,因条件已失效且错过通知[^5] ``` 同步块通过锁保证:**条件检查 → 调用wait()** 过程不可分割,避免状态不一致。 2. **监视器锁(Monitor)的强制约束** - `wait()`会**主动释放对象锁**并进入等待状态[^3]。 - 释放锁的前提是**线程已持有该对象的锁**,否则抛出`IllegalMonitorStateException`[^4]。 - 同步块正是获取对象锁的唯一标准方式(`synchronized`或`ReentrantLock`)。 3. **线程状态转换的完整性** Java对象监视器要求线程状态转换遵循严格协议: ``` ┌─────────────┐ 获取锁 ┌─────────────┐ │ BLOCKED │ ────────────────> │ RUNNABLE │ └─────────────┘ └─────────────┘ ↑ │ wait() │ 释放锁后唤醒其他线程 ▼ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │ WAITING │ <──────────────── │ RUNNABLE │ └─────────────┘ notify() └─────────────┘ ``` 若跳过同步块直接调用`wait()`,将破坏该状态机,导致不可预测行为。 --- ### 二、反例演示:非同步调用wait()的危险 ```java // 错误示例:wait()不在同步块中 public String take() throws InterruptedException { if (buffer.isEmpty()) { // 非原子检查! lock.wait(); // 可能永久等待或抛出异常 } return buffer.remove(); } ``` **风险分析**: 1. 当`buffer.isEmpty()`为`true`后,**线程切换**可能发生 2. 其他线程在`add()`中调用`notify()`(此时无等待线程,通知丢失) 3. 原线程执行`wait()`时**因未持有锁抛出`IllegalMonitorStateException`**[^4] --- ### 三、正确实现:同步块保障安全 ```java // 正确实现:同步块内检查条件+wait() public String take() throws InterruptedException { synchronized(lock) { // 获取对象锁 while (buffer.isEmpty()) { // 循环检查(防虚假唤醒) lock.wait(); // 原子:释放锁 → 进入等待 } return buffer.remove(); } // 自动释放锁 } ``` **同步块的作用**: 1. 🔒 锁内检查条件 → 阻塞其他线程修改状态 2. 🔄 `wait()`释放锁 → 允许其他线程进入同步块 3. 🔔 被`notify()`唤醒后 → **重新获取锁** → 再次检查条件[^3] --- ### 四、底层设计原理 Java对象头关联一个**监视器锁(Monitor)**,包含: - **Entry Set**:竞争锁的线程队列 - **Wait Set**:调用`wait()`的线程队列[^4] `wait()`的合法调用必须满足: $$ \text{调用线程} \in \text{Monitor Owner} \quad \text{(即持有锁的线程)} $$ 此约束由JVM在运行时通过**锁计数器**(`_recursions`)验证[^4]。 --- > 📌 **关键结论**:`wait()`的同步块约束本质是**线程安全三要素**的体现: > 1. **原子性**:条件检查与等待操作不可分割 > 2. **可见性**:锁保证共享状态修改对所有线程可见 > 3. **有序性**:监视器状态转换符合预期序列 --- ### 相关问题 1. 为什么`wait()`唤醒后要用`while`而非`if`检查条件? 2. `notifyAll()`和`notify()`在性能与安全性上有何权衡? 3. 如何处理`wait()`被调用时的**虚假唤醒**(Spurious Wakeup)? 4. `synchronized`与`ReentrantLock.Condition`的`await()`机制有何异同? [^1]: 确保线程同步、防止数据竞争、遵守语言规范 [^2]: 防止线程竞争,确保阻塞/唤醒安全 [^3]: wait()强制释放锁,调用前必须已持有锁 [^4]: 监视器锁模型要求原子状态转换 [^5]: 非同步调用wait()导致状态不一致
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