Java一分钟：线程协作：wait(), notify(), notifyAll()

在Java多线程编程中，wait(), notify(), 和 notifyAll() 是实现线程间协作的关键方法，它们用于线程间的通信和同步。本文将介绍这些方法的工作原理，常见问题、易错点及其避免策略，并给出代码示例。

1. 基本概念

这些方法都是Object类的成员，只能在synchronized代码块或方法中使用。它们用于控制线程的执行顺序，协调共享资源的访问。

• wait() ：让当前线程等待，释放它持有的锁，直到其他线程调用notify()或notifyAll()唤醒它。
• notify() ：唤醒在当前对象上等待的一个线程，如果有多条线程等待，随机选择一个。
• notifyAll() ：唤醒在当前对象上等待的所有线程。

2. 常见问题与避免策略

• 死锁：不当使用wait(), notify(), 和 notifyAll()可能导致死锁。确保正确设置和释放锁，避免循环等待。
• 未捕获异常：wait()会抛出InterruptedException，需要捕获并处理。忽略异常可能导致程序终止。
• 不在同步块中使用：不在synchronized上下文中调用这些方法，可能导致线程安全问题。
• 通知未等待的线程：notify()或notifyAll()可能唤醒正在运行的线程，而非等待的线程。确保等待的线程已进入wait()状态。

3. 示例：生产者-消费者模型

public class Buffer {
    private int data;
    private final Object lock = new Object();

    public void produce(int value) {
        synchronized (lock) {
            while (data != 0) {
                try {
                    lock.wait(); // 生产者等待，直到消费者消费
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            data = value;
            lock.notify(); // 唤醒等待的消费者
        }
    }

    public int consume() {
        synchronized (lock) {
            while (data == 0) {
                try {
                    lock.wait(); // 消费者等待，直到生产者生产
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            int value = data;
            data = 0;
            lock.notify(); // 唤醒等待的生产者
            return value;
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Buffer buffer = new Buffer();

        Thread producer = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                buffer.produce(i);
            }
        });

        Thread consumer = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                System.out.println("Consumed: " + buffer.consume());
            }
        });

        producer.start();
        consumer.start();
    }
}

这个例子展示了生产者-消费者模型的实现，使用wait()和notify()实现线程间的协作。

4. 总结

理解并正确使用wait(), notify(), 和 notifyAll()是实现线程协作的关键。在实际编程中，确保它们在synchronized上下文中使用，正确处理异常，避免死锁，可以编写出更加健壮的多线程程序。