【併發編程】Object的wait、notify和notifyAll方法

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本博客系列是學習併發編程過程當中的記錄總結。因爲文章比較多，寫的時間也比較散，因此我整理了個目錄貼（傳送門），方便查閱。

併發編程系列博客傳送門

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方法簡介

wait方法

wait方法是Object類中的一個方法，調用這個方法會讓調用線程進入waiting狀態，直到另外一個線程調用了當前對象上的notify()或者notifyAll()方法。（若是其餘線程調用了該線程的interrupt（）方法，會中斷這種waiting狀態，同時該線程拋出InterruptedException異常返回）。若是當前線程已經獲取了鎖資源，調用wait方法以後會釋放這個鎖資源。

wait方法還有一個重載方法wait（long time）,這個方法會等待time時間，若是在這個時間內沒有其餘線程來喚醒它的話，這個線程會本身喚醒繼續得到執行機會。

另外須要注意的是，若是調用wait（）方法的線程沒有事先獲取該對象的監視器鎖，則調用wait（）方法時調用線程會拋出IllegalMonitorStateException異常。

notify方法

notify方法會喚醒等待對象監視器的單個線程，若是等待對象監視器的有多個線程，則選取其中一個線程進行喚醒到底選擇喚醒哪一個線程是任意的，由CPU本身決定。

notify方法還有個兄弟方法notifyAll，這個方法會喚醒全部等待監視器對象的線程。

wait-notify模式的典型應用

wait-notify模式的一個典型應用就是能夠實現生產者-消費者模式。讓我印象很深是我畢業那年阿里巴巴年校園招聘的一個筆試題：

有一個蘋果箱，有10我的向這個箱子中每次隨機放入一個蘋果，有10我的每次隨機從這個箱子中隨機拿走一個蘋果，同時須要知足箱子中的蘋果總數不能超過50個。請用代碼實現上面的場景（不能使用併發集合框架）

如今看來，這道題不就是爲wait-notify模式量身打造的一道題目麼。當時水平有限，又急急忙忙的，因此記得當時寫的不太好。這邊從新整理下這個代碼

public class AppleBox {

    private int appleCount;

    public synchronized void putApple() {
        while (appleCount >= 50) {
            try {
                //會釋放鎖
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        appleCount++;
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("[" + name + "]放入一個,當前盒子中蘋果數:" + appleCount);
        this.notifyAll();
    }


    public synchronized void takeApple() {
        while (appleCount <= 0) {
            try {
                //會釋放鎖
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        appleCount--;
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("[" + name + "]拿走一個,當前盒子中蘋果數:" + appleCount);
        this.notifyAll();
    }

    private static class AppleTaker implements Runnable {

        private AppleBox appleBox;

        public AppleTaker(AppleBox appleBox) {
            this.appleBox = appleBox;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                appleBox.takeApple();
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }


    private static class ApplePutter implements Runnable {

        private AppleBox appleBox;

        public ApplePutter(AppleBox appleBox) {
            this.appleBox = appleBox;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                appleBox.putApple();
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        AppleBox appleBox = new AppleBox();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Thread t = new Thread(new ApplePutter(appleBox));
            t.setName("ApplePutter:" + i);
            t.start();
        }

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Thread t = new Thread(new AppleTaker(appleBox));
            t.setName("AppleTaker:" + i);
            t.start();
        }

    }
}

執行結果以下：

[ApplePutter:0]放入一個,當前盒子中蘋果數:1
[ApplePutter:1]放入一個,當前盒子中蘋果數:2
[ApplePutter:5]放入一個,當前盒子中蘋果數:3
[ApplePutter:9]放入一個,當前盒子中蘋果數:4
[ApplePutter:13]放入一個,當前盒子中蘋果數:5
[ApplePutter:2]放入一個,當前盒子中蘋果數:6
[ApplePutter:6]放入一個,當前盒子中蘋果數:7
[ApplePutter:10]放入一個,當前盒子中蘋果數:8
[ApplePutter:17]放入一個,當前盒子中蘋果數:9
[ApplePutter:14]放入一個,當前盒子中蘋果數:10
[ApplePutter:18]放入一個,當前盒子中蘋果數:11
[ApplePutter:3]放入一個,當前盒子中蘋果數:12
[ApplePutter:7]放入一個,當前盒子中蘋果數:13
[ApplePutter:11]放入一個,當前盒子中蘋果數:14
[ApplePutter:8]放入一個,當前盒子中蘋果數:15
[ApplePutter:15]放入一個,當前盒子中蘋果數:16
[ApplePutter:19]放入一個,當前盒子中蘋果數:17
[ApplePutter:4]放入一個,當前盒子中蘋果數:18
[AppleTaker:3]拿走一個,當前盒子中蘋果數:17
[ApplePutter:12]放入一個,當前盒子中蘋果數:18
[AppleTaker:1]拿走一個,當前盒子中蘋果數:17
[AppleTaker:5]拿走一個,當前盒子中蘋果數:16
[ApplePutter:16]放入一個,當前盒子中蘋果數:17
[AppleTaker:0]拿走一個,當前盒子中蘋果數:16
[AppleTaker:12]拿走一個,當前盒子中蘋果數:15
[AppleTaker:8]拿走一個,當前盒子中蘋果數:14
[AppleTaker:16]拿走一個,當前盒子中蘋果數:13
[AppleTaker:7]拿走一個,當前盒子中蘋果數:12
[AppleTaker:11]拿走一個,當前盒子中蘋果數:11
[AppleTaker:19]拿走一個,當前盒子中蘋果數:10
[AppleTaker:9]拿走一個,當前盒子中蘋果數:9
[AppleTaker:13]拿走一個,當前盒子中蘋果數:8
[AppleTaker:2]拿走一個,當前盒子中蘋果數:7
[AppleTaker:6]拿走一個,當前盒子中蘋果數:6
[AppleTaker:10]拿走一個,當前盒子中蘋果數:5
[AppleTaker:14]拿走一個,當前盒子中蘋果數:4
[AppleTaker:4]拿走一個,當前盒子中蘋果數:3
[AppleTaker:15]拿走一個,當前盒子中蘋果數:2
[AppleTaker:18]拿走一個,當前盒子中蘋果數:1
[AppleTaker:17]拿走一個,當前盒子中蘋果數:0
[ApplePutter:0]放入一個,當前盒子中蘋果數:1
[ApplePutter:1]放入一個,當前盒子中蘋果數:2
[ApplePutter:5]放入一個,當前盒子中蘋果數:3
[ApplePutter:9]放入一個,當前盒子中蘋果數:4
[ApplePutter:13]放入一個,當前盒子中蘋果數:5
[ApplePutter:17]放入一個,當前盒子中蘋果數:6
[ApplePutter:2]放入一個,當前盒子中蘋果數:7
[ApplePutter:6]放入一個,當前盒子中蘋果數:8
[ApplePutter:10]放入一個,當前盒子中蘋果數:9
[ApplePutter:14]放入一個,當前盒子中蘋果數:10
[ApplePutter:18]放入一個,當前盒子中蘋果數:11
[ApplePutter:3]放入一個,當前盒子中蘋果數:12
[ApplePutter:7]放入一個,當前盒子中蘋果數:13
[ApplePutter:11]放入一個,當前盒子中蘋果數:14
[ApplePutter:15]放入一個,當前盒子中蘋果數:15
[ApplePutter:19]放入一個,當前盒子中蘋果數:16
[AppleTaker:3]拿走一個,當前盒子中蘋果數:15
[ApplePutter:4]放入一個,當前盒子中蘋果數:16
[ApplePutter:8]放入一個,當前盒子中蘋果數:17
[ApplePutter:12]放入一個,當前盒子中蘋果數:18

wait-notify模式的經典寫法

生產者和消費者的邏輯均可以統一抽象成如下幾個步驟：

• step1：得到對象的鎖；
• step2：循環判斷是否須要進行生產活動，若是不須要進行生產就調用wait方法，暫停當前線程；若是須要進行生產活動，進行對應的生產活動；
• step3：通知等待線程

僞代碼以下：

synchronized(對象) {
    while(條件){
        對象.wait();
    }
    //進行生產或者消費活動
    doSomething();
    對象.notifyAll();
}