Java 中多线程怎么利用 wait 和 notify 机制实现经典的生产者消费者模型

小伟小哥_4556

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2026-07-29

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原创

java中用wait和notify实现生产者消费者模型的核心是:必须在synchronized块中调用,用while循环判断条件,调用notifyall而非notify以避免虚假唤醒和死锁。

java 中多线程怎么利用 wait 和 notify 机制实现经典的生产者消费者模型

Java 中用 wait 和 notify 实现生产者消费者模型,核心在于让线程在共享资源不满足条件时主动让出锁并等待,条件满足后再被唤醒继续执行。关键点是必须在 synchronized 块中调用、必须配合 while 循环判断条件、必须用 notifyAll(而非 notify)避免虚假唤醒和死锁。

共享缓冲区:用 synchronized 控制访问

定义一个带容量限制的队列作为缓冲区,所有对它的读写操作都必须加锁。生产者调用 put(),消费者调用 take(),两者都需检查当前状态(是否满/是否空),不满足就 wait()。

  • 缓冲区内部维护一个 LinkedList 或数组,记录当前元素数量
  • put() 方法里先判断是否已满:if (queue.size() == capacity) wait();
  • take() 方法里先判断是否为空:if (queue.isEmpty()) wait();
  • 每次修改后都要调用 notifyAll(),通知所有等待线程重新竞争条件

wait 必须在 while 循环中调用

不能用 if 判断后直接 wait(),因为线程被唤醒后条件可能又被其他线程改变(比如多个消费者同时被唤醒,但只有一个能取走元素)。只有用 while 循环反复校验,才能确保真正满足条件才继续执行。

OpenJDK 24
OpenJDK 24

OpenJDK 24 Windows x64 官方参考实现(24+36),适合 Windows 环境进行 Java 开发、编译、运行和版本兼容性验证。

下载
  • 错误写法:if (queue.isEmpty()) wait(); → 可能导致 IllegalStateException
  • 正确写法:while (queue.isEmpty()) wait(); → 醒来后再次确认
  • 同理,生产者也必须写 while (queue.size() == capacity) wait();

notifyAll 是更安全的选择

虽然 notify() 看似更高效,但它只唤醒一个等待线程,而生产者和消费者共用同一把锁、在同一对象上等待,若只唤醒同类线程(比如只唤醒另一个生产者),就会造成死锁——没人去消费,生产者一直等;没人去生产,消费者一直等。

  • notifyAll() 让所有等待线程重新参与条件竞争,由它们自己决定是否继续等待
  • 即使有冗余唤醒,JVM 会保证只有满足条件的线程真正执行后续逻辑
  • 实际开发中几乎不用 notify(),除非你明确知道只有一个线程在等且不会错配角色

完整结构示例(简化版)

以下是一个可运行的核心片段,省略了异常处理和完整类封装:

class Buffer {
    private final List<integer> queue = new LinkedList();
    private final int capacity = 5;

    public synchronized void put(int item) throws InterruptedException {
        while (queue.size() == capacity) {
            wait(); // 缓冲区满,生产者等待
        }
        queue.add(item);
        System.out.println("Produced: " + item + ", size=" + queue.size());
        notifyAll(); // 唤醒可能等待的消费者
    }

    public synchronized int take() throws InterruptedException {
        while (queue.isEmpty()) {
            wait(); // 缓冲区空,消费者等待
        }
        int item = queue.remove(0);
        System.out.println("Consumed: " + item + ", remaining=" + queue.size());
        notifyAll(); // 唤醒可能等待的生产者
        return item;
    }
}</integer>

搭配两个线程分别循环调用 put 和 take,就能看到交替执行的效果。注意:wait() 和 notifyAll() 都必须在同步上下文中调用,否则抛 IllegalMonitorStateException。

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