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Java中waitnotifynotifyAll使用详解

jiezi

基础知识

首先我们需要知道，这几个都是 Object 对象的方法。换言之，Java 中所有的对象都有这些方法。

public final native void notify();
public final native void notifyAll();
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
public final void wait() throws InterruptedException {wait(0);
}

其中 notify()、notifyAll()、wait(long timeout)是 本地方法
其次我们需要知道这几个方法主要是用来个 线程 之间通信的。那可能就有人会问，既然是用来线程之间通信的，那为什么这几个方法不是在线程类 Thread 上呢？对于这个问题，我们先来看下这几个方法的具体使用方式再来回答这个问题。

用法

Java 中规定，在调用者三个方法时，当前线程必须获得对象锁。因此就得配合 synchronized 关键字来使用

// 使用模式，不代表可运行代码
synchronized(object) {while(contidion) {object.wait();
    }
    //object.notify();
    //object.notifyAll();}

或者

public synchronized void methodName() {while(contidion) {object.wait();
    }
    //object.notify();
    //object.notifyAll();}

在 synchronized 拿到对象锁之后，synchronized 代码块或者方法中，必定是会持有对象锁的，因此就可以使用 wait()或者 notify()。
通过上述使用方法，我们也能很好理解为什么这几个方法是在 Object 上而不是在 Thread 上。因为每个对象都可以作为 synchronized 锁的对象，因此 wait、notify 等必须和对象关联才能配合 synchronized 使用。

作用

方法 作用
wait 线程自动释放占有的对象锁，并等待 notify。
notify 随机唤醒一个正在 wait 当前对象的线程，并让被唤醒的线程拿到对象锁
notifyAll 唤醒所有正在 wait 当前对象的线程，但是被唤醒的线程会再次去竞争对象锁。因为一次只有一个线程能拿到锁，所有其他没有拿到锁的线程会被阻塞。推荐使用。

实际案例

接下来我们就使用 wait()、notify()来实现一个生产者、消费者模式。这个也是面试过程中可能会被问到的地方。至于什么是生产者消费者模式，不明白的同学请自行百度。
首先是一些基础的代码

private static Boolean run = true;// 控制是否生产和消费
private static final Integer MAX_CAPACITY = 5;// 缓冲区最大数量
private static final LinkedBlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>();// 缓冲队列

生产者代码

/**
 * 生产者
 */
class Producter extends Thread {
    @Override
    public void run() {while (run) {synchronized (queue) {while (queue.size() >= MAX_CAPACITY * 2) {
                    try {System.out.println("缓冲队列已满，等待消费");
                        queue.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                    }
                }

                try {String string = UUID.randomUUID().toString();
                    queue.put(string);
                    System.out.println("生产:" + string);
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                }

                queue.notifyAll();// 通知生产者和消费者}
        }
    }
}

消费者代码

/**
 * 消费者
 */
class Consumer extends Thread {
    @Override
    public void run() {while (run) {synchronized (queue) {while (queue.isEmpty()) {
                    try {System.out.println("队列为空，等待生产");
                        queue.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                    }
                }

                try {System.out.println("消费：" + queue.take());
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                }

                queue.notifyAll();// 通知生产者和消费者}
        }
    }
}

代码说明

1、生产者和消费者都继承了线程 Thread，因为 wait、notify 本身就是线程间通信使用
2、生产者和消费者都有两层 while，外层的 while 是用来判断是否运行生产者和消费者。内存的 while 用来判断队列 queue 是否已满或者为空，如果满足条件，则使得当前线程变成等待状态（等待 notify）。
3、内层的条件判断为什么用 while 不用 if，原因是当线程被 wait 之后，会释放对象锁。当等待的线程被 notify 之后，必须再次尝试去获取对象锁，如果没有获取到对象锁，那还必须等待，直到拿到对象锁之后才能向后执行。
4、当生产者生产了一个数据或者消费者消费了一个数据之后，使用 notifyAll() 方法来通知所有等待当前对象锁的线程，但是一次只会有一个等待的线程能拿到锁。
5、我们使用 queue 作为锁的对象在不同线程之间进行通信

代码运行结果

队列为空，等待生产
生产:e422484e-8eb3-4a91-8a7c-97e21d7ef498
生产:7894b802-2529-4798-ba98-9f0657f39240
生产:848f6759-a427-4a94-89dc-3f484daaa467
生产:f711d3dc-972c-4c44-8640-faffe376d354
生产:38a08e62-d774-4ed5-8b51-f1ad534c246f
消费：e422484e-8eb3-4a91-8a7c-97e21d7ef498
消费：7894b802-2529-4798-ba98-9f0657f39240
消费：848f6759-a427-4a94-89dc-3f484daaa467
消费：f711d3dc-972c-4c44-8640-faffe376d354
消费：38a08e62-d774-4ed5-8b51-f1ad534c246f
队列为空，等待生产
生产:9fae26f3-0b6e-4fbd-9620-040667efe0af
生产:95bb1d88-e08a-4f70-a270-f75760994184
消费：9fae26f3-0b6e-4fbd-9620-040667efe0af
消费：95bb1d88-e08a-4f70-a270-f75760994184
队列为空，等待生产
生产:13d304bc-dff3-44a4-9527-2e0facd884e7
生产:2693e069-bae1-4beb-adcd-a3c3bf5d232b
消费：13d304bc-dff3-44a4-9527-2e0facd884e7
消费：2693e069-bae1-4beb-adcd-a3c3bf5d232b

由结果也可以看出来，生产和消费是无规则的，因为虽然 notifyAll()通知了所有的等待线程，但是不确定那个线程中能拿到对象锁。但是也有一个很明显的问题，因为同时只有一个线程能拿到对象锁，生产者和消费者不可能同时运行。

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