Java如何正确的使用wait-notify方法

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Java如何正确的使用wait-notify方法

小小茶花女   2022-05-23 我要评论

问题：

sleep() 和 wait() 有什么区别？

1. sleep(long n) 和 wait(long n) 的区别

(1) sleep 是 Thread 方法，而 wait 是 Object 的方法 ;

(2) sleep 不需要强制和 synchronized 配合使用，但 wait 需要 和 synchronized 一起用 ;

(3) sleep 在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但 wait 在等待的时候会释放对象锁 ;

(4) 它们 状态 TIMED_WAITING;

@Slf4j
public class Test1 {
    private static final Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
            synchronized (lock){
                log.debug("t1线程获得锁....");
                try {
                    Thread.sleep(20000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"t1").start();
        // 等待1s，让线程去执行t1线程
        Thread.sleep(1000);
        // 获取不到锁，因为t1线程在睡眠期间并不会释放锁
        synchronized (lock){
            log.debug("主线程想要获取锁....");
        }
    }
}

执行sleep()方法后的结果：在线程t1睡眠期间，主线程没有获得锁

10:34:34.574 [t1] DEBUG com.example.test.Test1 - t1线程获得锁....

@Slf4j
public class Test1 {
    private static final Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
            synchronized (lock){
                log.debug("t1线程获得锁....");
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"t1").start();
        // 等待1s，让线程去执行t1线程
        Thread.sleep(1000);
        // 获取不到锁，因为t1线程在睡眠期间并不会释放锁
        synchronized (lock){
            log.debug("主线程想要获取锁....");
        }
    }
}

执行wait()方法后的结果：线程t1等待20s，在线程t1等待期间，主线程获得了锁

10:36:22.723 [t1] DEBUG com.example.test.Test1 - t1线程获得锁....
10:36:23.721 [main] DEBUG com.example.test.Test1 - 主线程想要获取锁....

2. 正确使用wait-notify方法 [while(条件)+wait]

场景：有几个小孩都想进入房间内使用算盘（CPU）进行计算，老王(操作系统)就使用了一把锁（synchronized）让同一时间只有一个小孩能进入房间使用算盘，于是他们排队进入房间。

(1) 小南最先获取到了锁，进入到房间内，但是由于条件不满足（没烟干不了活），小南不能继续进行计算 ，但小南如果一直占用着锁，其它人就得一直阻塞，效率太低。

在这里插入图片描述

(2) 于是老王单开了一间休息室（调用 wait 方法），让小南到休息室（WaitSet)等着去了，这时锁释放开， 其它人可以由老王随机安排进屋

(3) 直到小M将烟送来，大叫一声 [ 你的烟到了 ] （调用 notify 方法）

在这里插入图片描述

(4) 小南于是可以离开休息室，重新进入竞争锁的队列

在这里插入图片描述

下面我们看如何正确的实现这个场景

2.1 问题1

@Slf4j
public class Test2 {
    private static final Object room = new Object();
    // 是否有烟，默认没有
    private static boolean hasCigarette = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(!hasCigarette){
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(hasCigarette){
                    log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
                }
            }
        },"小南").start();
        // 其他5个线程也想获取锁进入房间
        for(int i=0;i<5;i++){
            new Thread(()->{
                synchronized (room){
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            },"其他人").start();
        }
        // 主线程等待1s
        Thread.sleep(1000);
        // 因为小南线程使用sleep()方法，因此他在睡眠期间并不释放锁，送烟的没办法拿到锁进入房间送烟
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                hasCigarette = true;
            }
        },"送烟的").start();
    }
}

执行结果：

11:10:50.556 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:10:50.565 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:10:52.565 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:10:52.565 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了

(1) 小南线程在睡眠期间并不释放锁，因此其他线程线程也没办法获取到锁进入房间，送烟线程就没办法送烟;

(2) 其它干活的线程，都要一直阻塞，效率太低 ;

要解决上述的问题，需要使用wait-notify机制

2.2 问题2

@Slf4j
public class Test2 {
    private static final Object room = new Object();
    // 是否有烟，默认没有
    private static boolean hasCigarette = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(!hasCigarette){
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(hasCigarette){
                    log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
                }
            }
        },"小南").start();

        // 其他5个线程也想获取锁进入房间
        for(int i=0;i<5;i++){
            new Thread(()->{
                synchronized (room){
                    log.debug("可以开始干活了");
                }
            },"其他人").start();
        }

        // 主线程等待1s
        Thread.sleep(1000);

        // 送烟的，唤醒正在睡眠的小南线程
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                hasCigarette = true;
                room.notify();
            }
        },"送烟的").start();
    }
}

执行结果：

11:21:36.775 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:21:36.780 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:21:36.780 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.780 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:36.781 [其他人] DEBUG com.example.test.Test2 - 可以开始干活了
11:21:37.773 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[true]
11:21:37.774 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟,[true],可以开始干活了

解决了其他线程阻塞问题，但是如果有其他线程也在等待呢？就是说等待的线程不止小南一个，那么会不会唤醒错了呢？

2.3 问题3

@Slf4j
public class Test2 {
    private static final Object room = new Object();
    // 是否有烟，默认没有
    private static boolean hasCigarette = false;
    // 是否有外卖，默认没有
    static boolean hasTakeout = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(!hasCigarette){
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(hasCigarette){
                    log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
                }else {
                    log.debug("没干成活..");
                }
            }
        },"小南").start();

        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
                if(!hasTakeout){
                    log.debug("没外卖，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
                if(hasTakeout){
                    log.debug("有外卖,[{}],可以开始干活了", hasTakeout);
                }else{
                    log.debug("没干成活..");
                }
            }
        },"小女").start();
        // 主线程等待1s
        Thread.sleep(1000);
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                hasTakeout = true;
                log.debug("外卖到了....");
                room.notify();
            }
        },"送外卖的").start();
    }
}

执行结果：送外卖的应该叫醒小女但是却把小南叫醒了

11:31:50.989 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:31:50.994 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:31:50.994 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[false]
11:31:50.994 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 没外卖，先歇会！
11:31:51.987 [送外卖的] DEBUG com.example.test.Test2 - 外卖到了....
11:31:51.988 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:31:51.988 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没干成活..

notify 只能随机唤醒一个 WaitSet 中的线程，这时如果有其它线程也在等待，那么就可能唤醒不了正确的线程，称之为【虚假唤醒】

2.4 问题4

解决方法：改为 notifyAll

new Thread(()->{
    synchronized (room){
        hasTakeout = true;
        log.debug("外卖到了....");
        room.notifyAll();
    }
},"送外卖的").start();

执行结果：

11:34:24.789 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:34:24.798 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:34:24.798 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[false]
11:34:24.802 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 没外卖，先歇会！
11:34:25.794 [送外卖的] DEBUG com.example.test.Test2 - 外卖到了....
11:34:25.794 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[true]
11:34:25.794 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖,[true],可以开始干活了
11:34:25.794 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:34:25.795 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没干成活..

从结果可以看出小女干成活，小南没有干成活。既然送烟的没到，小南应该继续等待才行，等送烟的来了再干活。

用 notifyAll 仅解决某个线程的唤醒问题，但使用 if + wait 判断仅有一次机会，一旦条件不成立，就没有重新判断的机会了

2.5 最终结果

@Slf4j
public class Test2 {
    private static final Object room = new Object();
    // 是否有烟，默认没有
    private static boolean hasCigarette = false;
    // 是否有外卖，默认没有
    static boolean hasTakeout = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                while (!hasCigarette){
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(hasCigarette){
                    log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
                }else {
                    log.debug("没干成活..");
                }
            }
        },"小南").start();

        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
                if(!hasTakeout){
                    log.debug("没外卖，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
                if(hasTakeout){
                    log.debug("有外卖,[{}],可以开始干活了", hasTakeout);
                }else{
                    log.debug("没干成活..");
                }
            }
        },"小女").start();
        // 主线程等待1s
        Thread.sleep(1000);
        // 送烟的，唤醒正在睡眠的小南线程
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                hasTakeout = true;
                log.debug("外卖到了....");
                room.notifyAll();
            }
        },"送外卖的").start();
    }
}
@Slf4j
public class Test2 {
    private static final Object room = new Object();
    // 是否有烟，默认没有
    private static boolean hasCigarette = false;
    // 是否有外卖，默认没有
    static boolean hasTakeout = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                while (!hasCigarette){
                    log.debug("没烟，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有烟没？[{}]", hasCigarette);
                if(hasCigarette){
                    log.debug("有烟,[{}],可以开始干活了", hasCigarette);
                }else {
                    log.debug("没干成活..");
                }
            }
        },"小南").start();

        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
                if(!hasTakeout){
                    log.debug("没外卖，先歇会！");
                    try {
                        room.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("有外卖没？[{}]", hasTakeout);
                if(hasTakeout){
                    log.debug("有外卖,[{}],可以开始干活了", hasTakeout);
                }else{
                    log.debug("没干成活..");
                }
            }
        },"小女").start();
        // 主线程等待1s
        Thread.sleep(1000);
        // 送烟的，唤醒正在睡眠的小南线程
        new Thread(()->{
            synchronized (room){
                hasTakeout = true;
                log.debug("外卖到了....");
                room.notifyAll();
            }
        },"送外卖的").start();
    }
}

执行结果：当没烟的时候，小南线程继续等待，等待下一次判断有烟的时候再干活

11:38:36.206 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 有烟没？[false]
11:38:36.212 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！
11:38:36.212 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[false]
11:38:36.212 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 没外卖，先歇会！
11:38:37.205 [送外卖的] DEBUG com.example.test.Test2 - 外卖到了....
11:38:37.205 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖没？[true]
11:38:37.205 [小女] DEBUG com.example.test.Test2 - 有外卖,[true],可以开始干活了
11:38:37.205 [小南] DEBUG com.example.test.Test2 - 没烟，先歇会！

使用wait-notify的正确姿势：

synchronized(lock) {
     while(条件不成立) {
         lock.wait();
     }
}
//另一个线程
synchronized(lock) {
 	lock.notifyAll();
}

调用wait()和notify()系列方法进行线程通信的要点如下：

(1) 调用某个同步对象locko的wait()和notify()类型方法前，必须要取得这个锁对象的监视锁，所以wait()和notify()类型方法必须放在synchronized(locko)同步块中，如果没有获得监视锁，JVM就会报IllegalMonitorStateException异常。

(2) 调用wait()方法时使用while进行条件判断，如果是在某种条件下进行等待，对条件的判断就不能使用if语句做一次性判断，而是使用while循环进行反复判断。只有这样才能在线程被唤醒后继续检查wait的条件，并在条件没有满足的情况下继续等待。

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注的更多内容!   

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