探索JAVA并发 – 终于搞懂了sleep/wait/notify/notifyAll
- 2019 年 10 月 3 日
- 笔记
sleep/wait/notify/notifyAll分别有什么作用？它们的区别是什么？wait时为什么要放在循环里而不能直接用if？
简介
首先对几个相关的方法做个简单解释，Object中有几个用于线程同步的方法：wait、notify、notifyAll。
public class Object { public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException; public final native void notify(); public final native void notifyAll(); }- wait: 释放当前锁，阻塞直到被notify或notifyAll唤醒，或者超时，或者线程被中断(InterruptedException)
- notify: 任意选择一个（无法控制选哪个）正在这个对象上等待的线程把它唤醒，其它线程依然在等待被唤醒
- notifyAll: 唤醒所有线程，让它们去竞争，不过也只有一个能抢到锁
- sleep: 不是Object中的方法，而是Thread类的静态方法，让当前线程持有锁阻塞指定时间
sleep和wait
sleep和wait都可以让线程阻塞，也都可以指定超时时间，甚至还都会抛出中断异常InterruptedException。
而它们最大的区别就在于，sleep时线程依然持有锁，别人无法进当前同步方法；wait时放弃了持有的锁，其它线程有机会进入该同步方法。多次提到同步方法，因为wait必须在synchronized同步代码块中，否则会抛出异常IllegalMonitorStateException，notify也是如此，可以说wait和notify是就是为了在同步代码中做线程调度而生的。
下面一个简单的例子展现sleep和wait的区别：
import java.util.Date; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Main { // 日志行号记录 private AtomicInteger count = new AtomicInteger(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Main main = new Main(); // 开启两个线程去执行test方法 new Thread(main::test).start(); new Thread(main::test).start(); } private synchronized void test() { try { log("进入了同步方法，并开始睡觉，1s"); // sleep不会释放锁，因此其他线程不能进入这个方法 Thread.sleep(1000); log("睡好了，但没事做，有事叫我，等待2s"); //阻塞在此，并且释放锁，其它线程可以进入这个方法 //当其它线程调用此对象的notify或者notifyAll时才有机会停止阻塞 //就算没有人notify，如果超时了也会停止阻塞 wait(2000); log("我要走了，但我要再睡一觉，10s"); //这里睡的时间很长，因为没有释放锁，其它线程就算wait超时了也无法继续执行 Thread.sleep(10000); log("走了"); notify(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } // 打印日志 private void log(String s) { System.out.println(count.incrementAndGet() + " " + new Date().toString().split(" ")[3] + "t" + Thread.currentThread().getName() + " " + s); } } /* 输出: 1 00:13:23 Thread-0 进入了同步方法，并开始睡觉，1s 2 00:13:24 Thread-0 睡好了，但没事做，有事叫我，等待2s 3 00:13:24 Thread-1 进入了同步方法，并开始睡觉，1s 4 00:13:25 Thread-1 睡好了，但没事做，有事叫我，等待2s 5 00:13:26 Thread-0 我要走了，但我要再睡一觉，10s 6 00:13:36 Thread-0 走了 7 00:13:36 Thread-1 我要走了，但我要再睡一觉，10s 8 00:13:46 Thread-1 走了 */对输出做个简单解释（已经看懂代码的童鞋可以跳过）：
1 00:13:23 Thread-0 进入了同步方法，并开始睡觉，1s // Thread-0首先进入同步方法，Thread-1只能门外候着 2 00:13:24 Thread-0 睡好了，但没事做，有事叫我，等待2s // Thread-0 sleep 1秒这段时间，Thread-1没进来，证明sleep没有释放锁 3 00:13:24 Thread-1 进入了同步方法，并开始睡觉，1s // Thread-0开始wait后Thread-1马上就进来了，证明wait释放了锁 4 00:13:25 Thread-1 睡好了，但没事做，有事叫我，等待2s // Thread-1也打算wait 2秒（2秒后真的能醒来吗？） 5 00:13:26 Thread-0 我要走了，但我要再睡一觉，10s // Thread-0已经wait超时醒来了，这次准备sleep 10s 6 00:13:36 Thread-0 走了 // 10s过去了Thread-0都sleep结束了，那个说要wait 2s的Thread-1还没动静，证明超时也没用，还得抢到锁 7 00:13:36 Thread-1 我要走了，但我要再睡一觉，10s // Thread-0退出同步代码后，Thread-1才终于得到了锁，能行动了 8 00:13:46 Thread-1 走了notify和notifyAll
同样是唤醒等待的线程，同样最多只有一个线程能获得锁，同样不能控制哪个线程获得锁。
区别在于：
- notify：唤醒一个线程，其他线程依然处于wait的等待唤醒状态，如果被唤醒的线程结束时没调用notify，其他线程就永远没人去唤醒，只能等待超时，或者被中断
- notifyAll：所有线程退出wait的状态，开始竞争锁，但只有一个线程能抢到，这个线程执行完后，其他线程又会有一个幸运儿脱颖而出得到锁
如果觉得解释的不够明白，代码来一波：
import java.util.Date; import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Main { private AtomicInteger count = new AtomicInteger(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Main main = new Main(); // 开启两个线程去执行test方法 for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(main::testWait).start(); } Thread.sleep(1000); for (int i = 0; i < 5; i++) { main.testNotify(); } } private synchronized void testWait() { try { log("进入了同步方法，开始wait"); wait(); log("wait结束"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } private synchronized void testNotify() { notify(); } private void log(String s) { System.out.println(count.incrementAndGet() + " " + new Date().toString().split(" ")[3] + "t" + Thread.currentThread().getName() + " " + s); } } /* 输出: 1 00:59:32 Thread-0 进入了同步方法，开始wait 2 00:59:32 Thread-9 进入了同步方法，开始wait 3 00:59:32 Thread-8 进入了同步方法，开始wait 4 00:59:32 Thread-7 进入了同步方法，开始wait 5 00:59:32 Thread-6 进入了同步方法，开始wait 6 00:59:32 Thread-5 进入了同步方法，开始wait 7 00:59:32 Thread-4 进入了同步方法，开始wait 8 00:59:32 Thread-3 进入了同步方法，开始wait 9 00:59:32 Thread-2 进入了同步方法，开始wait 10 00:59:32 Thread-1 进入了同步方法，开始wait 11 00:59:33 Thread-0 wait结束 12 00:59:33 Thread-6 wait结束 13 00:59:33 Thread-7 wait结束 14 00:59:33 Thread-8 wait结束 15 00:59:33 Thread-9 wait结束 */例子中有10个线程在wait，但notify了5次，然后其它线程一直阻塞，这也就说明使用notify时如果不能准确控制和wait的线程数对应，可能会导致某些线程永远阻塞。
使用notifyAll唤醒所有等待的线程：
import java.util.Date; import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Main { private AtomicInteger count = new AtomicInteger(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Main main = new Main(); // 开启两个线程去执行test方法 for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(main::testWait).start(); } Thread.sleep(1000); main.testNotifyAll(); } private synchronized void testWait() { try { log("进入了同步方法，开始wait"); wait(); log("wait结束"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } private synchronized void testNotifyAll() { notifyAll(); } private void log(String s) { System.out.println(count.incrementAndGet() + " " + new Date().toString().split(" ")[3] + "t" + Thread.currentThread().getName() + " " + s); } } /* 输出: 1 01:03:24 Thread-0 进入了同步方法，开始wait 2 01:03:24 Thread-4 进入了同步方法，开始wait 3 01:03:24 Thread-3 进入了同步方法，开始wait 4 01:03:24 Thread-2 进入了同步方法，开始wait 5 01:03:24 Thread-1 进入了同步方法，开始wait 6 01:03:25 Thread-1 wait结束 7 01:03:25 Thread-2 wait结束 8 01:03:25 Thread-3 wait结束 9 01:03:25 Thread-4 wait结束 10 01:03:25 Thread-0 wait结束 */只需要调用一次notifyAll，所有的等待线程都被唤醒，并且去竞争锁，然后依次（无序）获取锁完成了后续任务。
为什么wait要放到循环中使用
一些源码中出现wait时，往往都是伴随着一个循环语句出现的，比如：
private synchronized void f() throws InterruptedException { while (!isOk()) { wait(); } System.out.println("I'm ok"); }既然wait会被阻塞直到被唤醒，那么用if+wait不就可以了吗？其他线程发现条件达到时notify一下不就行了？
理想情况确实如此，但实际开发中我们往往不能保证这个线程被notify时条件已经满足了，因为很可能有某个无关(和这个条件的逻辑无关)的线程因为需要线程调度而调用了notify或者notifyAll。此时如果样例中位置等待的线程不巧被唤醒，它就会继续往下执行，但因为用的if，这次被唤醒就不会再判断条件是否满足，最终程序按照我们不期望的方式执行下去。
