Java并发编程之Wait/Notify

一、Monitor对象的核心结构

每个Java对象都关联一个Monitor对象，其核心字段包括：

1. owner：指向当前持有锁的线程。
2. EntryList：存放竞争锁的线程队列（阻塞状态）。
3. WaitSet：存放调用wait()后释放锁的线程队列（等待状态）。

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二、wait()和notify()的执行逻辑

1. wait()方法的作用

• 释放锁：当前线程释放对象的Monitor锁。
• 进入等待队列：线程被放入对象的WaitSet队列中（等待被唤醒）。
• 挂起线程：线程进入WAITING或TIMED_WAITING状态，直到被notify()唤醒或超时。

2. notify()方法的作用

• 唤醒线程：从WaitSet中随机唤醒一个线程，将其移动到EntryList队列中（重新竞争锁）。
• 不释放锁：调用notify()的线程不会立即释放锁，需退出同步块后锁才释放。

3. notifyAll()方法的作用

• 唤醒WaitSet中所有等待线程，将它们全部移动到EntryList。

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三、关键规则与注意事项

1. 必须在同步块内调用
   wait()/notify()必须持有对象的Monitor锁，否则抛出IllegalMonitorStateException。

2. 条件检查必须用while而非if
   避免虚假唤醒（Spurious Wakeup），即使未被通知，线程也可能从wait()返回。例如：

   synchronized (lock) {
       while (条件不满足) { // 必须用while循环检查条件
           lock.wait();
       }
       // 执行操作
   }
   

3. 唤醒策略

   • notify()：随机唤醒一个线程，适合单生产者-单消费者场景。
   • notifyAll()：唤醒所有线程，确保不会遗漏等待线程（更安全，但可能增加竞争）。

4. 锁释放与重入

   • wait()会释放锁，唤醒后需重新竞争锁才能继续执行。
   • notify()不会释放锁，线程需退出同步块才会释放锁。

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四、执行流程图解

生产者线程：
1. 获取锁 → 检查条件（消息是否已消费）
   ↓ 条件满足
2. 生产消息 → 设置empty=false → 调用notifyAll()
3. 退出同步块 → 释放锁

消费者线程：
1. 获取锁 → 检查条件（消息是否未消费）
   ↓ 条件满足
2. 消费消息 → 设置empty=true → 调用notifyAll()
3. 退出同步块 → 释放锁

等待线程（WaitSet）：
1. 被notifyAll()唤醒 → 移动到EntryList
2. 重新竞争锁 → 获取锁后继续执行

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六、常见问题

1. 为什么wait()和notify()属于Object类？

• 因为它们依赖对象的Monitor锁，而每个对象都可作为锁载体。

2. 与sleep()的区别？

• sleep()：不释放锁，线程暂停指定时间。
• wait()：释放锁，线程进入等待状态直到被唤醒。

3. 如何避免死锁？

• 确保所有wait()都有对应的notify()唤醒。
• 避免嵌套锁或长时间持有锁。

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七、总结

通过wait()/notify()配合Monitor锁，可以实现线程间的精准协作：

• wait()：释放锁并等待条件满足。
• notify()：通知等待线程条件已变化。
  正确使用这两个方法需严格遵循同步规则和条件检查，避免线程饥饿或死锁问题。

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拓展:wait与sleep

1. 所属类与调用方式

方法	所属类	调用方式
wait()	Object	必须在同步块中调用（需持有对象锁）
sleep()	Thread	静态方法，可直接调用（无需持有锁）

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2. 锁的释放行为

方法	是否释放锁？	锁释放时机
wait()	✅ 释放锁	调用wait()后立即释放锁，线程进入等待状态
sleep()	❌ 不释放锁	线程休眠期间一直持有锁，其他线程无法进入同步块

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3. 唤醒机制

方法	唤醒方式	中断响应
wait()	需其他线程调用notify()/notifyAll()	响应中断（抛出InterruptedException）
sleep()	超时后自动唤醒，或通过interrupt()中断	响应中断（抛出InterruptedException）

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4. 关键区别总结

特性	wait()	sleep()
锁释放	立即释放锁	不释放锁
调用条件	必须在同步块中调用	任意位置调用
唤醒方式	依赖notify()/notifyAll()	超时或中断唤醒
用途	线程间协作（依赖共享资源条件）	单纯暂停线程执行

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5. 常见误区

1. 在非同步块中调用wait()
   会导致 IllegalMonitorStateException。

2. 用sleep()代替wait()
   可能导致死锁（线程休眠期间不释放锁，其他线程无法获取锁）。

3. 虚假唤醒（Spurious Wakeup）
   wait()返回后必须用while循环重新检查条件，而非if。

4. 中断处理
   两者均需捕获InterruptedException，但wait()唤醒后需重新竞争锁。