Java wait 方法深度解析
简介
在 Java 多线程编程中，wait 方法是一个非常重要的工具，它允许线程在特定条件下暂停执行，释放对象的锁，直到其他线程通知它继续执行。本文将全面介绍 Java wait 方法的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者深入理解并高效使用该方法。
目录
- 基础概念
- 使用方法
- 常见实践
- 最佳实践
- 小结
- 参考资料
基础概念
wait 是 Object 类的一个实例方法，这意味着 Java 中的任何对象都可以调用该方法。当一个线程调用对象的 wait 方法时，它会释放该对象的锁，并进入该对象的等待池（wait set），处于等待状态。直到其他线程调用该对象的 notify 或 notifyAll 方法，等待池中的线程才会被唤醒。
notify 和 notifyAll 的区别
notify：随机唤醒等待池中的一个线程。notifyAll：唤醒等待池中的所有线程，这些线程会竞争对象的锁，获得锁的线程才能继续执行。
使用方法
wait 方法有三种重载形式：
- wait()：线程无限期等待，直到其他线程调用该对象的 notify 或 notifyAll 方法。
- wait(long timeout)：线程等待指定的毫秒数，如果在超时时间内没有被唤醒，则自动唤醒。
- wait(long timeout, int nanos)：线程等待指定的毫秒数和纳秒数。
代码示例
class SharedObject {
public synchronized void waitMethod() {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting.");
// 线程进入等待状态
wait();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is awakened.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public synchronized void notifyMethod() {
// 唤醒等待池中的一个线程
notify();
System.out.println("One thread is notified.");
}
}
public class WaitExample {
public static void main(String[] args) {
SharedObject sharedObject = new SharedObject();
// 创建等待线程
Thread waitingThread = new Thread(() -> sharedObject.waitMethod(), "WaitingThread");
// 创建通知线程
Thread notifyingThread = new Thread(() -> {
try {
// 等待一段时间后再通知
Thread.sleep(2000);
sharedObject.notifyMethod();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "NotifyingThread");
waitingThread.start();
notifyingThread.start();
}
}
代码解释
SharedObject类中定义了waitMethod和notifyMethod方法，这两个方法都使用了synchronized关键字，确保在同一时间只有一个线程可以访问该对象的这些方法。waitMethod方法中调用了wait()方法，使当前线程进入等待状态。notifyMethod方法中调用了notify()方法，唤醒等待池中的一个线程。- 在
main方法中，创建了两个线程：waitingThread和notifyingThread，分别调用waitMethod和notifyMethod方法。
常见实践
生产者 - 消费者模式
生产者 - 消费者模式是多线程编程中一个经典的问题，wait 和 notify 方法可以很好地解决这个问题。
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
class ProducerConsumerExample {
private static final int MAX_SIZE = 5;
private static Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
public static void main(String[] args) {
// 生产者线程
Thread producer = new Thread(() -> {
try {
int value = 0;
while (true) {
synchronized (queue) {
while (queue.size() == MAX_SIZE) {
// 队列已满，生产者线程等待
queue.wait();
}
queue.add(value++);
System.out.println("Produced: " + (value - 1));
// 唤醒消费者线程
queue.notifyAll();
}
Thread.sleep(1000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
// 消费者线程
Thread consumer = new Thread(() -> {
try {
while (true) {
synchronized (queue) {
while (queue.isEmpty()) {
// 队列为空，消费者线程等待
queue.wait();
}
int value = queue.poll();
System.out.println("Consumed: " + value);
// 唤醒生产者线程
queue.notifyAll();
}
Thread.sleep(1000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
producer.start();
consumer.start();
}
}
代码解释
ProducerConsumerExample类中定义了一个队列queue，用于存储生产者生产的数据。- 生产者线程在队列已满时调用
queue.wait()方法，进入等待状态；生产数据后调用queue.notifyAll()方法，唤醒消费者线程。 - 消费者线程在队列为空时调用
queue.wait()方法，进入等待状态；消费数据后调用queue.notifyAll()方法，唤醒生产者线程。
最佳实践
使用 while 循环检查条件
在调用 wait 方法时，应该使用 while 循环检查条件，而不是 if 语句。这是因为线程被唤醒后，可能会出现虚假唤醒（spurious wakeup）的情况，即线程在没有被 notify 或 notifyAll 唤醒的情况下自行唤醒。使用 while 循环可以确保线程在唤醒后再次检查条件，避免出现错误。
尽量使用 notifyAll
在大多数情况下，建议使用 notifyAll 方法而不是 notify 方法。因为 notify 方法只会随机唤醒一个线程，可能会导致某些线程一直处于等待状态，而 notifyAll 方法可以唤醒所有等待的线程，避免出现线程饥饿的问题。
小结
本文详细介绍了 Java wait 方法的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。wait 方法是 Java 多线程编程中一个非常重要的工具，通过合理使用 wait、notify 和 notifyAll 方法，可以实现线程之间的协作和同步。在使用 wait 方法时，需要注意使用 synchronized 关键字确保线程安全，使用 while 循环检查条件，以及尽量使用 notifyAll 方法。
参考资料
- 《Effective Java》
- 《Java 核心技术》