wait/notify基础使用
wait 和 notify 的基础方法如下：
Object lock = new Object();
new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
System.out.println("wait 之前");
// 调用 wait 方法
lock.wait();
System.out.println("wait 之后");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
Thread.sleep(100);
synchronized (lock) {
System.out.println("执行 notify");
// 调用 notify 方法
lock.notify();
}
以上代码的执行结果如下图所示：
wait/notify和synchronized一起用?
那问题来了，是不是 wait 和 notify 一定要配合 synchronized 一起使用呢?wait 和 notify 单独使用行不行呢?我们尝试将以上代码中的 synchronized 代码行删除，实现代码如下：
初看代码好像没啥问题，编译器也没报错，好像能“正常使用”，然而当我们运行以上程序时就会发生如下错误：
从上述结果可以看出：无论是 wait 还是 notify，如果不配合 synchronized 一起使用，在程序运行时就会报 IllegalMonitorStateException 非法的监视器状态异常，而且 notify 也不能实现程序的唤醒功能了。
原因分析
从上述的报错信息我们可以看出，JVM 在运行时会强制检查 wait 和 notify 有没有在 synchronized 代码中，如果没有的话就会报非法监视器状态异常(IllegalMonitorStateException)，但这也仅仅是运行时的程序表象，那为什么 Java 要这样设计呢?其实这样设计的原因就是为了防止多线程并发运行时，程序的执行混乱问题。初看这句话，好像是用来描述“锁”的。然而实际情况也是如此，wait 和 notify 引入锁就是来规避并发执行时程序的执行混乱问题的。那这个“执行混乱问题”到底是啥呢?接下来我们继续往下看。
wait和notify问题复现
我们假设 wait 和 notify 可以不加锁，我们用它们来实现一个自定义阻塞队列。这里的阻塞队列是指读操作阻塞，也就是当读取数据时，如果有数据就返回数据，如果没有数据则阻塞等待数据，实现代码如下：
class MyBlockingQueue {
// 用来保存数据的集合
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
public void put(String data) {
// 队列加入数据
queue.add(data);
// 唤醒线程继续执行（这里的线程指的是执行 take 方法的线程）
notify(); // ③
}
public String take() throws InterruptedException {
// 使用 while 判断是否有数据（这里使用 while 而非 if 是为了防止虚假唤醒）
while (queue.isEmpty()) { // ①
// 没有任务，先阻塞等待
wait(); // ②
}
return queue.remove(); // 返回数据
}
}
注意上述代码，我们在代码中标识了三个关键执行步骤：①：判断队列中是否有数据;②：执行 wait 休眠操作;③：给队列中添加数据并唤醒阻塞线程。如果不强制要求添加 synchronized，那么就会出现如下问题：
步骤 | 线程1 | 线程2 |
1 | 执行步骤 ① 判断当前队列中没有数据 | |
2 | 执行步骤 ③ 将数据添加到队列，并唤醒线程1继续执行 | |
3 | 执行步骤 ② 线程 1 进入休眠状态 |
从上述执行流程看出问题了吗?如果 wait 和 notify 不强制要求加锁，那么在线程 1 执行完判断之后，尚未执行休眠之前，此时另一个线程添加数据到队列中。然而这时线程 1 已经执行过判断了，所以就会直接进入休眠状态，从而导致队列中的那条数据永久性不能被读取，这就是程序并发运行时“执行结果混乱”的问题。然而如果配合 synchronized 一起使用的话，代码就会变成以下这样：
class MyBlockingQueue {
// 用来保存任务的集合
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
public void put(String data) {
synchronized (MyBlockingQueue.class) {
// 队列加入数据
queue.add(data);
// 为了防止 take 方法阻塞休眠，这里需要调用唤醒方法 notify
notify(); // ③
}
}
public String take() throws InterruptedException {
synchronized (MyBlockingQueue.class) {
// 使用 while 判断是否有数据（这里使用 while 而非 if 是为了防止虚假唤醒）
while (queue.isEmpty()) { // ①
// 没有任务，先阻塞等待
wait(); // ②
}
}
return queue.remove(); // 返回数据
}
}
这样改造之后，关键步骤 ① 和关键步骤 ② 就可以一起执行了，从而当线程执行了步骤 ③ 之后，线程 1 就可以读取到队列中的那条数据了，它们的执行流程如下：
步骤 | 线程1 | 线程2 |
1 | 执行步骤 ① 判断当前队列没有数据 | |
2 | 执行步骤 ② 线程进入休眠状态 | |
3 | 执行步骤 ③ 将数据添加到队列，并执行唤醒操作 | |
4 | 线程被唤醒，继续执行 | |
5 | 判断队列中有数据，返回数据 |
这样咱们的程序就可以正常执行了，这就是为什么 Java 设计一定要让 wait 和 notify 配合上 synchronized 一起使用的原因了。
总结
本文介绍了 wait 和 notify 的基础使用，以及为什么 wait 和 notify/notifyAll 一定要配合 synchronized 使用的原因。如果 wait 和 notify/notifyAll 不强制和 synchronized 一起使用，那么在多线程执行时，就会出现 wait 执行了一半，然后又执行了添加数据和 notify 的操作，从而导致线程一直休眠的缺陷。
