Java多线程：waitnotify原理剖析

Java多线程wait/notify原理

一、引入wait/notify

回顾：在之前的学习中，当我们创建一个对象后，synchronized给对象上锁，JVM会给对象头关联一个Monitor对象，这个Monitor由三部分组成。
一是Owner对象，里面存储的是创建该对象的线程
二是EntryList，想试图获取该对象资源的其它堵塞线程队列
三是WaitSet，存储的是放弃对象锁的线程

• Owner线程中的锁对象，如果发现条件不满足，调用wait()方法，既可以进入到WaitSet变为WAITING状态
• EntryList下和WaitSet下的线程都属于堵塞状态，不占用CPU时间片
• EntryList下的线程会在Owner是释放锁时被唤醒
• WaitSet下的线程会在Owner线程调用notify或notifyAll时被唤醒，但是唤醒后并不意味立刻获得锁，需要进入EntryList重新竞争锁

API介绍

• wait() 会让obj对象由拥有锁到暂时放弃锁，进入到waitset中
• notify() 会唤醒在waitset中的线程，然后需要进入EntryList重新竞争锁
• notifyAll() 会唤醒所有在waitset中的线程，然后需要进入EntryList重新竞争锁

wait(long n)和wait()的区别是，前者是有时限的等待，时间到后自己进入EntryList中，后者如果没有notify()或notifyAll()唤醒则进入永久等待。

wait/notify 的正确姿势

开始之前先看看sleep()和wait()方法有什么区别？

• sleep()是Thread的静态方法，而wait()方法是Object类下的方法
• sleep()方法不需要与synchronized配合使用，但是wait()方法必须和sysnchronized配合才能使用
• 调用sleep()方法，对象不会释放锁，调用wait()方法时对象会释放锁
• 相同点就是调用两个方法后，线程的状态都是TIMED_WAITING状态

wait/notify与锁关系的探究

wait()时是否需要持有锁？ notify()是否需要持有锁？先说答案：都需要持有锁。

wait需要持有锁的原因是，你肯定需要知道在哪个对象上进行等待，如果不持有锁，将无法做到对象变更时进行实时感知通知的作用。与此同时，为了让其他线程可以操作该值的变化，它必须要先释放掉锁，然后在该节点上进行等待。不持有锁而进行wait，可能会导致长眠不起。而且，如果不持有锁，则当wait之后的操作，都可能是错的，因为可能这个数据已经过时，其实也叫线程不安全了。总之，一切为了安全，单独的wait做不成这事。

notify需要持有锁的原因是，它要保证线程的安全，只有它知道数据变化了，所以它有权力去通知其他线程数据变化。而且通知完之后，不能立即释放锁，即必须在持有锁的情况下进行通知，否则notify后续的工作的线程安全性将无法保证，尽量它是在lock的范围内，但却因为锁释放，将导致不可预期的结果。而且在notify的时候，并不能真正地将对应的线程唤醒，即不能从操作系统层面唤醒线程，因为此时当前通知线程持有锁，而此时如果将其他等待线程唤醒，它们将立即参与到锁的竞争中来，而这时的竞争是一定会失败的，这可能会导致被唤醒的线程立即又进入等待队列，更糟糕的是它可能再也不会被唤醒 了。所以不能将在持有锁的时，将对应的线程真正唤醒，我们看到的notify只是从语言上下文级别，将它从等待队列转移到同步队列而已（就是从上面的WaitSet进入EntryList），对此操作系统一无所知。