wait, notify 和 notifyAll的正確用法

在 Java 中可以用 wait、notify 和 notifyAll 來實作線程間的通訊。 。舉個例子，如果你的Java程式中有兩個執行緒──也就是生產者和消費者，那麼生產者可以通知消費者，讓消費者開始消耗數據，因為佇列緩衝區中有內容待消費（不為空）。相應的，消費者可以通知生產者可以開始產生更多的數據，因為當它消耗掉某些數據後緩衝區不再為滿。

wait, notify 和 notifyAll，這些在多執行緒中被常用到的保留關鍵字，在實際開發的時候很多時候卻並沒有被大家重視。本文對這些關鍵字的使用進行了描述。

在 Java 中可以用 wait、notify 和 notifyAll  來實作執行緒間的通訊。 。舉個例子，如果你的Java程式中有兩個執行緒──也就是生產者和消費者，那麼生產者可以通知消費者，讓消費者開始消耗數據，因為佇列緩衝區中有內容待消費（不為空）。相應的，消費者可以通知生產者可以開始產生更多的數據，因為當它消耗掉某些數據後緩衝區不再為滿。

我們可以利用wait()來讓一個執行緒在某些條件下暫停運作。例如，在生產者消費者模型中，生產者執行緒在緩衝區為滿的時候，消費者在緩衝區為空的時 候，都應該暫停運行。如果某些執行緒在等待某些條件觸發，那麼當那些條件為真時，你可以用 notify 和 notifyAll  來通知那些等待中的執行緒重新開始執行。不同之處在於，notify 只是通知一個線程，並且我們不知道哪個線程會收到通知，然而 notifyAll  會通知所有等待中的線程。換言之，如果只有一個執行緒在等待一個信號燈，notify和notifyAll都會通知這個線程。但如果多個執行緒在等待這個信 號燈，那麼notify只會通知到其中一個，而其它執行緒並不會收到任何通知，而notifyAll會喚醒所有等待中的執行緒。

在這篇文章中你將會學到如何使用 wait、notify 和 notifyAll 來實現線程間的通信，從而解決生產者消費者問題。如果你想要更深入學習Java中的多執行緒同步問題，我強烈推薦閱讀Brian Goetz所著的《Java Concurrency in Practice | Java 並發實作》，不讀這本書你的Java 多執行緒旅程就不完整哦！這是我最向Java開發者推薦的書之一。

如何使用Wait

儘管關於wait和notify的概念很基礎，它們也都是Object類別的函數，但用它們來寫程式碼卻並不簡單。如果你在面試中讓應徵者來手寫程式碼， 用wait和notify解決生產者消費者問題，我幾乎可以肯定他們中的大多數都會無所適從或者犯下一些錯誤，例如在錯誤的地方使用 synchronized 關鍵字，沒有對正確的物件使用wait，或沒有遵循規範的程式碼方法。說實話，這個問題對於不常使用它們的程式設計師來說確實令人感覺比較頭痛。

第一個問題就是，我們怎麼在程式碼裡使用wait()呢？因為wait()並不是Thread類別下的函數，我們不能使用 Thread.call()。事實上很多Java程式設計師都喜歡這麼寫，因為它們習慣了使用Thread.sleep()，所以他們會試圖使用wait()   來達成相同的目的，但很快他們就會發現這並不能順利解決問題。正確的方法是對在多執行緒間共享的那個Object來使用wait。在生產者消費者問題中，這 個共享的Object就是那個緩衝區佇列。

第二個問題是，既然我們應該在synchronized的函數或是物件裡呼叫wait，那哪個物件應該被synchronized呢？答案是，那個 你希望上鎖的物件就應該被synchronized，也就是那個在多個執行緒間被共享的物件。在生產者消費者問題中，應該被synchronized的就是那個 緩衝區佇列。 （我覺得這裡是英文原文有問題…本來那個句末就不應該是問號不然不太通…）

永遠在迴圈（loop）裡調用wait 和notify，不是在If 語句

现在你知道wait应该永远在被synchronized的背景下和那个被多线程共享的对象上调用，下一个一定要记住的问题就是，你应该永远在 while循环，而不是if语句中调用wait。因为线程是在某些条件下等待的——在我们的例子里，即“如果缓冲区队列是满的话，那么生产者线程应该等 待”，你可能直觉就会写一个if语句。但if语句存在一些微妙的小问题，导致即使条件没被满足，你的线程你也有可能被错误地唤醒。所以如果你不在线程被唤 醒后再次使用while循环检查唤醒条件是否被满足，你的程序就有可能会出错——例如在缓冲区为满的时候生产者继续生成数据，或者缓冲区为空的时候消费者 开始小号数据。所以记住，永远在while循环而不是if语句中使用wait！我会推荐阅读《Effective Java》，这是关于如何正确使用wait和notify的最好的参考资料。

基于以上认知，下面这个是使用wait和notify函数的规范代码模板：

// The standard idiom for calling the wait method in Java 
synchronized (sharedObject) { 
    while (condition) { 
sharedObject.wait(); 
        // (Releases lock, and reacquires on wakeup) 
    } 
    // do action based upon condition e.g. take or put into queue 
}

就像我之前说的一样，在while循环里使用wait的目的，是在线程被唤醒的前后都持续检查条件是否被满足。如果条件并未改变，wait被调用之前notify的唤醒通知就来了，那么这个线程并不能保证被唤醒，有可能会导致死锁问题。

Java wait(), notify(), notifyAll() 范例

下面我们提供一个使用wait和notify的范例程序。在这个程序里，我们使用了上文所述的一些代码规范。我们有两个线程，分别名为 PRODUCER（生产者）和CONSUMER（消费者），他们分别继承了了Producer和Consumer类，而Producer和 Consumer都继承了Thread类。Producer和Consumer想要实现的代码逻辑都在run()函数内。Main线程开始了生产者和消费 者线程，并声明了一个LinkedList作为缓冲区队列（在Java中，LinkedList实现了队列的接口）。生产者在无限循环中持续往 LinkedList里插入随机整数直到LinkedList满。我们在while(queue.size ==  maxSize)循环语句中检查这个条件。请注意到我们在做这个检查条件之前已经在队列对象上使用了synchronized关键词，因而其它线程不能在 我们检查条件时改变这个队列。如果队列满了，那么PRODUCER线程会在CONSUMER线程消耗掉队列里的任意一个整数，并用notify来通知 PRODUCER线程之前持续等待。在我们的例子中，wait和notify都是使用在同一个共享对象上的。

import java.util.LinkedList; 
import java.util.Queue; 
import java.util.Random; 
/** 
* Simple Java program to demonstrate How to use wait, notify and notifyAll() 
* method in Java by solving producer consumer problem. 
* 
* @author Javin Paul 
*/ 
public class ProducerConsumerInJava { 
public static void main(String args[]) { 
  System.out.println("How to use wait and notify method in Java"); 
  System.out.println("Solving Producer Consumper Problem"); 
  Queue<Integer> buffer = new LinkedList<>(); 
  int maxSize = 10; 
  Thread producer = new Producer(buffer, maxSize, "PRODUCER"); 
  Thread consumer = new Consumer(buffer, maxSize, "CONSUMER"); 
  producer.start(); consumer.start(); } 
} 
/** 
* Producer Thread will keep producing values for Consumer 
* to consumer. It will use wait() method when Queue is full 
* and use notify() method to send notification to Consumer 
* Thread. 
* 
* @author WINDOWS 8 
* 
*/ 
class Producer extends Thread 
{ private Queue<Integer> queue; 
  private int maxSize; 
  public Producer(Queue<Integer> queue, int maxSize, String name){ 
   super(name); this.queue = queue; this.maxSize = maxSize; 
  } 
  @Override public void run() 
  { 
   while (true) 
    { 
     synchronized (queue) { 
      while (queue.size() == maxSize) { 
       try { 
        System.out .println("Queue is full, " + "Producer thread waiting for " + "consumer to take something from queue"); 
        queue.wait(); 
       } catch (Exception ex) { 
        ex.printStackTrace(); } 
       } 
       Random random = new Random(); 
       int i = random.nextInt(); 
       System.out.println("Producing value : " + i); queue.add(i); queue.notifyAll(); 
      } 
     } 
    } 
   } 
/** 
* Consumer Thread will consumer values form shared queue. 
* It will also use wait() method to wait if queue is 
* empty. It will also use notify method to send 
* notification to producer thread after consuming values 
* from queue. 
* 
* @author WINDOWS 8 
* 
*/ 
class Consumer extends Thread { 
  private Queue<Integer> queue; 
  private int maxSize; 
  public Consumer(Queue<Integer> queue, int maxSize, String name){ 
   super(name); 
   this.queue = queue; 
   this.maxSize = maxSize; 
  } 
  @Override public void run() { 
   while (true) { 
    synchronized (queue) { 
     while (queue.isEmpty()) { 
      System.out.println("Queue is empty," + "Consumer thread is waiting" + " for producer thread to put something in queue"); 
      try { 
       queue.wait(); 
      } catch (Exception ex) { 
       ex.printStackTrace(); 
      } 
     } 
     System.out.println("Consuming value : " + queue.remove()); queue.notifyAll(); 
    } 
   } 
  } 
}

为了更好地理解这个程序，我建议你在debug模式里跑这个程序。一旦你在debug模式下启动程序，它会停止在PRODUCER或者 CONSUMER线程上，取决于哪个线程占据了CPU。因为两个线程都有wait()的条件，它们一定会停止，然后你就可以跑这个程序然后看发生什么了 （很有可能它就会输出我们以上展示的内容）。你也可以使用Eclipse里的Step into和Step over按钮来更好地理解多线程间发生的事情。

本文重点：

1. 你可以使用wait和notify函数来实现线程间通信。你可以用它们来实现多线程（>3）之间的通信。

2. 永远在synchronized的函数或对象里使用wait、notify和notifyAll，不然Java虚拟机会生成 IllegalMonitorStateException。

3. 永远在while循环里而不是if语句下使用wait。这样，循环会在线程睡眠前后都检查wait的条件，并在条件实际上并未改变的情况下处理唤醒通知。

4. 永远在多线程间共享的对象（在生产者消费者模型里即缓冲区队列）上使用wait。

5. 基于前文提及的理由，更倾向用 notifyAll()，而不是 notify()。

这是关于Java里如何使用wait,  notify和notifyAll的所有重点啦。你应该只在你知道自己要做什么的情况下使用这些函数，不然Java里还有很多其它的用来解决同步问题的方 案。例如，如果你想使用生产者消费者模型的话，你也可以使用BlockingQueue，它会帮你处理所有的线程安全问题和流程控制。如果你想要某一个线 程等待另一个线程做出反馈再继续运行，你也可以使用CycliBarrier或者CountDownLatch。如果你只是想保护某一个资源的话，你也可 以使用Semaphore。

相关文章：

java notify和notifyAll的比較詳細介紹

java並發之線程間協作的兩種方式：wait、notify、notifyAll和Condition

#透過實例討論notify()和notifyAll()的本質區別

以上是wait, notify 和 notifyAll的正確用法的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！