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周伟 0f006e4e9b add
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<title>04 waitnotifynotifyAll 方法的使用注意事项？.md.html</title>
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</li>
<li>
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</li>
<li>
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<a href="/专栏/Java 并发编程 78 讲-完/72 final 的三种用法是什么？.md.html">72 final 的三种用法是什么？.md.html</a>
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</li>
<li>
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</li>
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<li>
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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>04 waitnotifynotifyAll 方法的使用注意事项？</h1>
<p>本课时我们主要学习 wait/notify/notifyAll 方法的使用注意事项。</p>
<p>我们主要从三个问题入手：</p>
<ol>
<li>为什么 wait 方法必须在 synchronized 保护的同步代码中使用？</li>
<li>为什么 wait/notify/notifyAll 被定义在 Object 类中，而 sleep 定义在 Thread 类中？</li>
<li>wait/notify 和 sleep 方法的异同？</li>
</ol>
<h3>为什么 wait 必须在 synchronized 保护的同步代码中使用？</h3>
<p>首先，我们来看第一个问题，为什么 wait 方法必须在 synchronized 保护的同步代码中使用？</p>
<p>我们先来看看 wait 方法的源码注释是怎么写的。</p>
<p>“wait method should always be used in a loop:</p>
<pre><code class="language-java"> synchronized (obj) {
while (condition does not hold)
obj.wait();
... // Perform action appropriate to condition
}
</code></pre>
<p>This method should only be called by a thread that is the owner of this object's monitor.”</p>
<p>英文部分的意思是说，在使用 wait 方法时，必须把 wait 方法写在 synchronized 保护的 while 代码块中，并始终判断执行条件是否满足，如果满足就往下继续执行，如果不满足就执行 wait 方法，而在执行 wait 方法之前，必须先持有对象的 monitor 锁，也就是通常所说的 synchronized 锁。那么设计成这样有什么好处呢？</p>
<p>我们逆向思考这个问题，如果不要求 wait 方法放在 synchronized 保护的同步代码中使用，而是可以随意调用，那么就有可能写出这样的代码。</p>
<pre><code class="language-java">class BlockingQueue {
Queue&lt;String&gt; buffer = new LinkedList&lt;String&gt;();
public void give(String data) {
buffer.add(data);
notify(); // Since someone may be waiting in take
}
public String take() throws InterruptedException {
while (buffer.isEmpty()) {
wait();
}
return buffer.remove();
}
}
</code></pre>
<p>在代码中可以看到有两个方法，give 方法负责往 buffer 中添加数据，添加完之后执行 notify 方法来唤醒之前等待的线程，而 take 方法负责检查整个 buffer 是否为空，如果为空就进入等待，如果不为空就取出一个数据，这是典型的生产者消费者的思想。</p>
<p>但是这段代码并没有受 synchronized 保护，于是便有可能发生以下场景：</p>
<ol>
<li>首先，消费者线程调用 take 方法并判断 buffer.isEmpty 方法是否返回 true，若为 true 代表buffer是空的，则线程希望进入等待，但是在线程调用 wait 方法之前，就被调度器暂停了，所以此时还没来得及执行 wait 方法。</li>
<li>此时生产者开始运行，执行了整个 give 方法，它往 buffer 中添加了数据，并执行了 notify 方法，但 notify 并没有任何效果，因为消费者线程的 wait 方法没来得及执行，所以没有线程在等待被唤醒。</li>
<li>此时，刚才被调度器暂停的消费者线程回来继续执行 wait 方法并进入了等待。</li>
</ol>
<p>虽然刚才消费者判断了 buffer.isEmpty 条件，但真正执行 wait 方法时，之前的 buffer.isEmpty 的结果已经过期了，不再符合最新的场景了，因为这里的“判断-执行”不是一个原子操作，它在中间被打断了，是线程不安全的。</p>
<p>假设这时没有更多的生产者进行生产，消费者便有可能陷入无穷无尽的等待，因为它错过了刚才 give 方法内的 notify 的唤醒。</p>
<p>我们看到正是因为 wait 方法所在的 take 方法没有被 synchronized 保护，所以它的 while 判断和 wait 方法无法构成原子操作，那么此时整个程序就很容易出错。</p>
<p>我们把代码改写成源码注释所要求的被 synchronized 保护的同步代码块的形式，代码如下。</p>
<pre><code class="language-java">public void give(String data) {
synchronized (this) {
buffer.add(data);
notify();
}
}
public String take() throws InterruptedException {
synchronized (this) {
while (buffer.isEmpty()) {
wait();
}
return buffer.remove();
}
}
</code></pre>
<p>这样就可以确保 notify 方法永远不会在 buffer.isEmpty 和 wait 方法之间被调用，提升了程序的安全性。</p>
<p>另外，wait 方法会释放 monitor 锁，这也要求我们必须首先进入到 synchronized 内持有这把锁。</p>
<p>这里还存在一个“虚假唤醒”（spurious wakeup）的问题，线程可能在既没有被notify/notifyAll，也没有被中断或者超时的情况下被唤醒，这种唤醒是我们不希望看到的。虽然在实际生产中，虚假唤醒发生的概率很小，但是程序依然需要保证在发生虚假唤醒的时候的正确性，所以就需要采用while循环的结构。</p>
<pre><code class="language-java">while (condition does not hold)
obj.wait();
</code></pre>
<p>这样即便被虚假唤醒了，也会再次检查while里面的条件，如果不满足条件，就会继续wait，也就消除了虚假唤醒的风险。</p>
<h3>为什么 wait/notify/notifyAll 被定义在 Object 类中，而 sleep 定义在 Thread 类中？</h3>
<p>我们来看第二个问题，为什么 wait/notify/notifyAll 方法被定义在 Object 类中？而 sleep 方法定义在 Thread 类中？主要有两点原因：</p>
<ol>
<li>因为 Java 中每个对象都有一把称之为 monitor 监视器的锁，由于每个对象都可以上锁，这就要求在对象头中有一个用来保存锁信息的位置。这个锁是对象级别的，而非线程级别的，wait/notify/notifyAll 也都是锁级别的操作，它们的锁属于对象，所以把它们定义在 Object 类中是最合适，因为 Object 类是所有对象的父类。</li>
<li>因为如果把 wait/notify/notifyAll 方法定义在 Thread 类中，会带来很大的局限性，比如一个线程可能持有多把锁，以便实现相互配合的复杂逻辑，假设此时 wait 方法定义在 Thread 类中，如何实现让一个线程持有多把锁呢？又如何明确线程等待的是哪把锁呢？既然我们是让当前线程去等待某个对象的锁，自然应该通过操作对象来实现，而不是操作线程。</li>
</ol>
<h3>wait/notify 和 sleep 方法的异同？</h3>
<p>第三个问题是对比 wait/notify 和 sleep 方法的异同，主要对比 wait 和 sleep 方法，我们先说相同点：</p>
<ol>
<li>它们都可以让线程阻塞。</li>
<li>它们都可以响应 interrupt 中断：在等待的过程中如果收到中断信号，都可以进行响应，并抛出 InterruptedException 异常。</li>
</ol>
<p>但是它们也有很多的不同点：</p>
<ol>
<li>wait 方法必须在 synchronized 保护的代码中使用，而 sleep 方法并没有这个要求。</li>
<li>在同步代码中执行 sleep 方法时，并不会释放 monitor 锁，但执行 wait 方法时会主动释放 monitor 锁。</li>
<li>sleep 方法中会要求必须定义一个时间，时间到期后会主动恢复，而对于没有参数的 wait 方法而言，意味着永久等待，直到被中断或被唤醒才能恢复，它并不会主动恢复。</li>
<li>wait/notify 是 Object 类的方法，而 sleep 是 Thread 类的方法。</li>
</ol>
<p>以上就是关于 wait/notify 与 sleep 的异同点。</p>
</div>
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