wait、notify、notifyAll实现线程间通信

在Java中，可以通过配合调用Object对象的wait（）方法和notify（）方法或notifyAll（）方法来实现线程间的通信。在线程中调用wait（）方法，将阻塞等待其他线程的通知（其他线程调用notify（）方法或notifyAll（）方法），在线程中调用notify（）方法或notifyAll（）方法，将通知其他线程从wait（）方法处返回。

Object是所有类的超类，它有5个方法组成了等待/通知机制的核心：notify（）、notifyAll（）、wait（）、wait（long）和wait（long，int）。在Java中，所有的类都从Object继承而来，因此，所有的类都拥有这些共有方法可供使用。而且，由于他们都被声明为final，因此在子类中不能覆写任何一个方法。

这里详细说明一下各个方法在使用中需要注意的几点：

1、wait（）

public final void wait()  throws InterruptedException,IllegalMonitorStateException

该方法用来将当前线程置入休眠状态，直到接到通知或被中断为止。在调用wait（）之前，线程必须要获得该对象的对象级别锁，即只能在同步方法或同步块中调用wait（）方法。进入wait（）方法后，当前线程释放锁。在从wait（）返回前，线程与其他线程竞争重新获得锁。如果调用wait（）时，没有持有适当的锁，则抛出IllegalMonitorStateException，它是RuntimeException的一个子类，因此，不需要try-catch结构。

2、notify（）

public final native void notify() throws IllegalMonitorStateException

该方法也要在同步方法或同步块中调用，即在调用前，线程也必须要获得该对象的对象级别锁，的如果调用notify（）时没有持有适当的锁，也会抛出IllegalMonitorStateException。

该方法用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程。如果有多个线程等待，则线程规划器任意挑选出其中一个wait（）状态的线程来发出通知，并使它等待获取该对象的对象锁（notify后，当前线程不会马上释放该对象锁，wait所在的线程并不能马上获取该对象锁，要等到程序退出synchronized代码块后，当前线程才会释放锁，wait所在的线程也才可以获取该对象锁），但不惊动其他同样在等待被该对象notify的线程们。当第一个获得了该对象锁的wait线程运行完毕以后，它会释放掉该对象锁，此时如果该对象没有再次使用notify语句，则即便该对象已经空闲，其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知，会继续阻塞在wait状态，直到这个对象发出一个notify或notifyAll。这里需要注意：它们等待的是被notify或notifyAll，而不是锁。这与下面的notifyAll（）方法执行后的情况不同。

3、notifyAll（）

public final native void notifyAll() throws IllegalMonitorStateException

该方法与notify（）方法的工作方式相同，重要的一点差异是：

notifyAll使所有原来在该对象上wait的线程统统退出wait的状态（即全部被唤醒，不再等待notify或notifyAll，但由于此时还没有获取到该对象锁，因此还不能继续往下执行），变成等待获取该对象上的锁，一旦该对象锁被释放（notifyAll线程退出调用了notifyAll的synchronized代码块的时候），他们就会去竞争。如果其中一个线程获得了该对象锁，它就会继续往下执行，在它退出synchronized代码块，释放锁后，其他的已经被唤醒的线程将会继续竞争获取该锁，一直进行下去，直到所有被唤醒的线程都执行完毕。

4、wait（long）和wait（long,int）

显然，这两个方法是设置等待超时时间的，后者在超值时间上加上ns，精度也难以达到，因此，该方法很少使用。对于前者，如果在等待线程接到通知或被中断之前，已经超过了指定的毫秒数，则它通过竞争重新获得锁，并从wait（long）返回。另外，需要知道，如果设置了超时时间，当wait（）返回时，我们不能确定它是因为接到了通知还是因为超时而返回的，因为wait（）方法不会返回任何相关的信息。但一般可以通过设置标志位来判断，在notify之前改变标志位的值，在wait（）方法后读取该标志位的值来判断，当然为了保证notify不被遗漏，我们还需要另外一个标志位来循环判断是否调用wait（）方法。

   深入理解：

   如果线程调用了对象的wait（）方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。

   当有线程调用了对象的notifyAll（）方法（唤醒所有wait线程）或notify（）方法（只随机唤醒一个wait线程），被唤醒的的线程便会进入该对象的锁池中，锁池中的线程会去竞争该对象锁。

   优先级高的线程竞争到对象锁的概率大，假若某线程没有竞争到该对象锁，它还会留在锁池中，唯有线程再次调用wait（）方法，它才会重新回到等待池中。而竞争到对象锁的线程则继续往下执行，直到执行完了synchronized代码块，它会释放掉该对象锁，这时锁池中的线程会继续竞争该对象锁。

 

线程间通信中notify通知的遗漏

notify通知的遗漏很容易理解，即threadA还没开始wait的时候，threadB已经notify了，这样，threadB通知是没有任何响应的，当threadB退出synchronized代码块后，threadA再开始wait，便会一直阻塞等待，直到被别的线程打断。

遗漏通知的代码

下面给出一段代码演示通知是如何遗漏的，如下：

public class MissedNotify extends Object {
    private Object proceedLock;  

    public MissedNotify() {
        print("in MissedNotify()");
        proceedLock = new Object();
    }  

    public void waitToProceed() throws InterruptedException {
        print("in waitToProceed() - entered");  

        synchronized ( proceedLock ) {
            print("in waitToProceed() - about to wait()");
            proceedLock.wait();
            print("in waitToProceed() - back from wait()");
        }  

        print("in waitToProceed() - leaving");
    }  

    public void proceed() {
        print("in proceed() - entered");  

        synchronized ( proceedLock ) {
            print("in proceed() - about to notifyAll()");
            proceedLock.notifyAll();
            print("in proceed() - back from notifyAll()");
        }  

        print("in proceed() - leaving");
    }  

    private static void print(String msg) {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + ": " + msg);
    }  

    public static void main(String[] args) {
        final MissedNotify mn = new MissedNotify();  

        Runnable runA = new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //休眠1000ms，大于runB中的500ms，
                        //是为了后调用waitToProceed，从而先notifyAll，后wait，
                        //从而造成通知的遗漏
                        Thread.sleep(1000);
                        mn.waitToProceed();
                    } catch ( InterruptedException x ) {
                        x.printStackTrace();
                    }
                }
            };  

        Thread threadA = new Thread(runA, "threadA");
        threadA.start();  

        Runnable runB = new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //休眠500ms，小于runA中的1000ms，
                        //是为了先调用proceed，从而先notifyAll，后wait，
                        //从而造成通知的遗漏
                        Thread.sleep(500);
                        mn.proceed();
                    } catch ( InterruptedException x ) {
                        x.printStackTrace();
                    }
                }
            };  

        Thread threadB = new Thread(runB, "threadB");
        threadB.start();  

        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch ( InterruptedException x ) {}  

        //试图打断wait阻塞
        print("about to invoke interrupt() on threadA");
        threadA.interrupt();
    }
}  

执行结果如下：

分析：由于threadB在执行mn.proceed（）之前只休眠了500ms，而threadA在执行mn.waitToProceed（）之前休眠了1000ms，因此，threadB会先苏醒，继而执行mn.proceed（），获取到proceedLock的对象锁，继而执行其中的notifyAll（），当退出proceed（）方法中的synchronized代码块时，threadA才有机会获取proceedLock的对象锁，继而执行其中的wait（）方法，但此时notifyAll（）方法已经执行完毕，threadA便漏掉了threadB的通知，便会阻塞下去。后面主线程休眠10秒后，尝试中断threadA线程，使其抛出InterruptedException。

修正后的代码

为了修正MissedNotify，需要添加一个boolean指示变量，该变量只能在同步代码块内部访问和修改。修改后的代码如下：

public class MissedNotifyFix extends Object {
    private Object proceedLock;
    //该标志位用来指示线程是否需要等待
    private boolean okToProceed;  

    public MissedNotifyFix() {
        print("in MissedNotify()");
        proceedLock = new Object();
        //先设置为false
        okToProceed = false;
    }  

    public void waitToProceed() throws InterruptedException {
        print("in waitToProceed() - entered");  

        synchronized ( proceedLock ) {
            print("in waitToProceed() - entered sync block");
            //while循环判断，这里不用if的原因是为了防止早期通知
            while ( okToProceed == false ) {
                print("in waitToProceed() - about to wait()");
                proceedLock.wait();
                print("in waitToProceed() - back from wait()");
            }  

            print("in waitToProceed() - leaving sync block");
        }  

        print("in waitToProceed() - leaving");
    }  

    public void proceed() {
        print("in proceed() - entered");  

        synchronized ( proceedLock ) {
            print("in proceed() - entered sync block");
            //通知之前，将其设置为true，这样即使出现通知遗漏的情况，也不会使线程在wait出阻塞
            okToProceed = true;
            print("in proceed() - changed okToProceed to true");
            proceedLock.notifyAll();
            print("in proceed() - just did notifyAll()");  

            print("in proceed() - leaving sync block");
        }  

        print("in proceed() - leaving");
    }  

    private static void print(String msg) {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + ": " + msg);
    }  

    public static void main(String[] args) {
        final MissedNotifyFix mnf = new MissedNotifyFix();  

        Runnable runA = new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //休眠1000ms，大于runB中的500ms，
                        //是为了后调用waitToProceed，从而先notifyAll，后wait，
                        Thread.sleep(1000);
                        mnf.waitToProceed();
                    } catch ( InterruptedException x ) {
                        x.printStackTrace();
                    }
                }
            };  

        Thread threadA = new Thread(runA, "threadA");
        threadA.start();  

        Runnable runB = new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //休眠500ms，小于runA中的1000ms，
                        //是为了先调用proceed，从而先notifyAll，后wait，
                        Thread.sleep(500);
                        mnf.proceed();
                    } catch ( InterruptedException x ) {
                        x.printStackTrace();
                    }
                }
            };  

        Thread threadB = new Thread(runB, "threadB");
        threadB.start();  

        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch ( InterruptedException x ) {}  

        print("about to invoke interrupt() on threadA");
        threadA.interrupt();
    }
}  

执行结果如下：

注意代码中加了注释的部分，在threadB进行通知之前，先将okToProceed置为true，这样如果threadA将通知遗漏，那么就不会进入while循环，也便不会执行wait方法，线程也就不会阻塞。如果通知没有被遗漏，wait方法返回后，okToProceed已经被置为true，下次while循环判断条件不成立，便会退出循环。

这样，通过标志位和wait、notifyAll的配合使用，便避免了通知遗漏而造成的阻塞问题。

 总结：在使用线程的等待/通知机制时，一般都要配合一个boolean变量值（或者其他能够判断真假的条件），在notify之前改变该boolean变量的值，让wait返回后能够退出while循环（一般都要在wait方法外围加一层while循环，以防止早期通知），或在通知被遗漏后，不会被阻塞在wait方法处。这样便保证了程序的正确性。