关于wait/notify

Posted 2021-02-19 zjoe80

一.wait/notify是什么

等待/通知机制，是指一个线程A调用了对象O的wait()方法进入等待状态，而另一个线程B调用了对象O的notify()/notifyAll()方法，

线程A收到通知后退出等待队列，进入可运行状态，进而执行后续操作。

上诉两个线程通过对象O来完成交互，而对象上的wait()方法和notify()/notifyAll()方法的关系就如同开关信号一样，用来完成等待方和通知方之间的交互工作。

 

二.wait/notify能做什么

线程与线程之间并不是完全独立的个体，多个线程之间可以通过访问共享变量，可以实现线程间进行通信。

然而当多个线程访问同一共享变量，如果没有使用同步机制，即没有使用synchronize同步方法或者同步代码块，

我们不确定线程读到的共享变量的值到底是不是想要的，或者说是准确的值。因此等待/通知机制的出现就满足解决了这一需求问题。

Java的wait/notify的通知机制可以用来实现线程间通信。wait表示线程的等待，调用该方法会导致线程阻塞，直至另一线程调用notify或notifyAll方法才可另其继续执行。

经典的生产者、消费者模式即是使用wait/notify机制得以完成。这两个方法主要用于多线程间的协同处理，即控制线程之间的等待、通知、切换及唤醒。

由于现在JAVA平台自身提升了很多并发类与库(JUC)，以及很多第三方的开源的并发框架(disruptor、akka)，因此大部分开发者都很少用这种原始的方法去控制线程的协作，

但是了解它们的原理对并发编码有一定的理解。

 

三.wait/notify原理

每个锁对象都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列。就绪队列存储了将要获得锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程。

一个线程被唤醒后才会进入到就绪队列，等待CPU调度；反之如果一个线程被wait后，就会进入到阻塞队列，等待下一次被唤醒。

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阻塞队列中，阻塞队列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，它还会留在阻塞队列中，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，这时阻塞队列中的线程会继续竞争该对象锁。

（1）调用wait() 首先会获取监视器锁，获得成功后，会让线程进入等待状态进入等待队列并且释放锁；

（2）然后当其他线程调用notify或者notifyall以后，会选择从等待队列中唤醒任意一个线程；

（3）而执行完notify方法以后，并不会立马唤醒线程，原因是当前线程仍然持有这把锁，处于等待状态的线程无法获得锁。

        必须要等到当前的线程执行完按monitorexit指令之后，也就是被释放之后，处于等待队列的线程就可以开始竞争锁了。

对象锁的本质，实际上是对象头的一个监视器锁的数据结构。这个结构如下：

 几个线程一起竞争对象的锁（entry），只有一个能成功（acquire），成功的线程记录在The Owner结构中。调用wait、notify运行流程如下：

（1） 现有一个对象o，锁正在被线程 t1 持有，调用wait()方法后，线程 t1 将会被"晾到" (实际上仅仅是记录到) Wait Set 结构中。

（2）然后将会有另一个线程 t2 获取到锁，The Owner记录的变成了 t2 线程。

（3）t2 线程不需要 o的锁时，调用o.notify()/o.notifyAll()方法，对象o就会告诉 Wait Set结构中记录的线程们：你们又可以来竞争我啦，我的锁现在没被人持有。

简单的说就是：wait是对象通知持有自己锁的线程释放我的锁，notify()/notifyAll()就是对象通知刚刚被自己晾在一边的线程又可以来竞争我的锁了。

 

重量级锁通过对象内部的监视器（monitor）实现，其中monitor的本质是依赖于底层操作系统的Mutex Lock实现，

操作系统实现线程之间的切换需要从用户态到内核态的切换，切换成本非常高。前面我们在讲Java对象头的时候，

讲到了monitor这个对象，在hotspot虚拟机中，通过ObjectMonitor类来实现monitor。他的锁的获取过程的体现会简单很多。

 

 

 

 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。