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

先回答问题:

(1)为什么wait()必须在同步(Synchronized)方法/代码块中调用?

答:调用wait()就是释放锁,释放锁的前提是必须要先获得锁,先获得锁才能释放锁。

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

答:notify(),notifyAll()是将锁交给含有wait()方法的线程,让其继续执行下去,如果自身没有锁,怎么叫把锁交给其他线程呢;(本质是让处于入口队列的线程竞争锁)

 

 

下面是正文(详细解释):

之前一直谨记老师教的wait(),notify(),notifyAll()必须要在Synchronized关键中使用,不得其解,现在研究了一下,终于明白了。

首先,要明白,每个对象都可以被认为是一个"监视器monitor",这个监视器由三部分组成(一个独占锁,一个入口队列,一个等待队列)注意是一个对象只能有一个独占锁,但是任意线程线程都可以拥有这个独占锁。

弄清synchronized的本质:

synchronized(Object o)代码块实际上获得了对象o的锁才会继续执行里面的方法,而对象o的锁只有一把,因此针对某一个对象o的synchronized代码块只能串行执行。

对于对象的非同步方法而言,任意时刻可以有任意个线程调用该方法。(即普通方法同一时刻可以有多个线程调用)

对于对象的同步方法而言,只有拥有这个对象的独占锁才能调用这个同步方法。如果这个独占锁被其他线程占用那么另外一个调用该同步方法的线程就会处于阻塞状态,此线程进入入口队列。

若一个拥有该独占锁的线程调用该对象同步方法的wait()方法,则该线程会释放独占锁,并加入对象的等待队列;(为什么使用wait()?希望某个变量被设置之后再执行,notify()通知变量已经被设置。)

某个线程调用notify(),notifyAll()方法是将等待队列的线程转移到入口队列,然后让他们竞争锁,所以这个调用线程本身必须拥有锁。

转载于:https://blog.youkuaiyun.com/qq_42145871/article/details/81950949

<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:同步保障安全 ```java // 正确实现:同步内检查条件+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 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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