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

最新推荐文章于 2025-03-13 18:39:37 发布

零舍

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分类专栏： Java 文章标签： java

原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/cjx0413/article/details/108559183

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在JAVA中，所有的对象都能够被作为‘监视器monitor’——指的是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个对象的同步方法的时候，对象的独占锁被其他线程占有，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的某个对象的独占锁的时候，才能够调用该对象的wait，notify，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。

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

wait()/notify()/notifyAll()等⽅法也依赖于 monitor 对象，在访问同步代码块时，线程才会去试图取获取锁，也就是获取对象监视器 monitor 的持有权，线程获得monitor的持有权才能调用wait()/notify()/notifyAll()等⽅法。

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，如果在同步代码块外面调用wait()方法，而线程持有多把锁，那么它释放哪一个锁呢？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，才能释放对应的锁。

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())在该对象的阻塞队列中的线程，将被转移到该对象的入口队列。接着这些线程(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，如果线程不具备锁，那么它通知其他线程来获取锁，锁哪儿来呢？ 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（例如缺乏相应的资源，希望有相应的资源才能执行）。
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”。（例如锁被释放）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)。

下面通过生产者-消费者来举例说明：

假设我们要自定义一个blocking queue，如果没有使用synchronized的话，我们可能会这样写：

class BlockingQueue {
    Queue<String> buffer = new LinkedList<String>();

    public void give(String data) {
        buffer.add(data);
        notify();                   // Since someone may be waiting in take!
    }

    public String take() throws InterruptedException {
        while (buffer.isEmpty())    // 不能用if，因为为了防止虚假唤醒
            wait();
        return buffer.remove();
    }
}

这段代码可能会导致如下问题：

一个消费者调用take，发现buffer.isEmpty
在消费者调用wait之前，由于cpu的调度，消费者线程被挂起，生产者调用give，然后notify
然后消费者调用wait (注意，由于错误的条件判断，导致wait调用在notify之后，这是关键)
如果很不幸的话，生产者产生了一条消息后就不再生产消息了，那么消费者就会一直挂

解决这个问题的方法就是：总是让give/notify和take/wait为原子操作。

也就是说wait/notify是线程之间的通信，他们存在竞态，我们必须保证在满足条件的情况下才进行wait。换句话说，如果不加锁的话，那么wait被调用的时候可能wait的条件已经不满足了(如上述)。由于错误的条件下进行了wait，那么就有可能永远不会被notify到，所以我们需要强制wait/notify在synchronized中。

参考以下文章：

为什么WAIT必须在同步块中 - 吼吼吼的吼 - 博客园

为什么wait(),notify(),notifyAll()必须在同步方法/代码块中调用？_1304的博客-优快云博客_wait方法必须写在同步方法或同步块中