1.概述
本篇博客将围绕synchronized同步锁的阻塞、等待、唤醒展开，探究wait、notify和notifyAll的实现原理。
2.monitor对象
在介绍上述的原理之前，先来了解一下什么是monitor对象。synchronized相关的阻塞、等待、唤醒操作离不开这个监视器对象。monitor在上一篇博客中也提到了，重量级的锁对象在对象头中的mark word中有一个指针指向了一个monitor对象。
monitor对象比较重要的四个属性如下图所示：
-
waitSet
调用对象的wait()方法进入等待状态的线程会放在这个队列当中。
-
entryList
因为sychronized关键字抢锁没有抢到的线程会出现在这个队列当中。
-
cxq
也是一个阻塞队列，当waitSet集合当中的线程被唤醒，根据决策的不同 可以选择转移到cxq队列 或者是entryList队列。
-
owner
当前持有锁对象的线程记录在owner属性。
3.先阻塞的线程先拿到锁还是后拿到锁？
当多个线程根据sychronized关键字去抢锁的时候，仅有1个线程会抢到锁，执行之后的逻辑，其余的线程都会进入entryList当中。那么问题来了？先阻塞的线程会在之后先拿到锁吗？
下面就编写代码来验证到底是怎样的顺序
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object lock = new Object();
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "拿到锁");
synchronized (lock){
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(()->{
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "拿不到锁进入entryList");
synchronized (lock){
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "执行逻辑");
}
},"t" + (i+1)).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
}
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "释放锁");
}
代码比较简单，定义了一个lock锁，一开始主线程main 拿到了锁资源，进入同步块
执行for循环每间隔1秒启动一个线程去拿锁，这时锁是被main线程持有的，所以其他线程必定是拿不到锁的，会按顺序的进入到entryList当中。
5个线程都启动完毕之后，main线程结束，把锁释放掉。此时在阻塞队列当中的线程就可以去拿锁。
上面代码的输出的结果如下：
根据结果可以得出的结论是：后进入entryList的线程先拿到锁资源执行逻辑。
下面是entryList的示意图，5个线程进入entryList后，唤醒的顺序是从tail到head
ps:结果是基于hotspot VM 默认的启动参数而言的，本机采用的jdk的版本如下：
4.先wait的线程先被唤醒还是后被唤醒？
通过第二部分的说明，可以知道的是调用锁对象的wait方法后，线程会进入等待状态，跑到waitSet集合当中等待唤醒。那么当有线程调用锁对象的notify之后，在waitSet中的线程被唤醒的顺序是怎样的呢？
下面是编写代码，来看看结果是怎样的。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object lock = new Object();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread thread = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "进入waitSet");
lock.wait();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "开始工作");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "t" + (i + 1));
thread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
synchronized (lock){
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(()->{
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "进入entryList");
synchronized (lock){
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "开始工作");
}
},"a" + (i + 6)).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
log.debug("唤醒线程第" + (i+1) + "次");
lock.notify();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "释放锁");
}
先解释一下代码，首先定义一个锁lock。第一个for循环每隔1秒创建启动一个线程，拿锁之后调用wait方法 会进入到waitset集合当中，同时把锁释放了，所以第一个for循环的执行结果就是t1-t5 5个线程依次的进入waitSet队列当中，如下图所示
之后main线程拿到锁，在同步块中的第一个for循环的意思是依次的创建启动5个线程，但是这5个线程需要抢锁才可以执行，这5个线程会依次的进入entryList，如下图所示
在同步块中的第二个for循环的意思是依次的调用了5次notify，唤醒在waitSet队列中的线程，唤醒的顺序是从head开始唤醒，唤醒的线程此时是拿不到锁的所以会进行队列转移。本机虚拟机的默认策略是如果cxq为空，那么被唤醒的线程会进入cxq队列，否则就进入entryList队列，如下图所示
之后main线程释放锁，唤醒阻塞队列的线程，此时cxq不为空，所以t1可以拿到锁执行代码，t1释放锁之后，唤醒entryList队列当中的线程，从tail开始唤醒，和第三节中的例子一样。
最后整个代码的输出结果如下：
如果还不足以说服，那么修改一下上面的测试代码，调整main线程中同步代码块中 2个for循环的顺序，如下：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object lock = new Object();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread thread = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "进入waitSet");
lock.wait();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "开始工作");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "t" + (i + 1));
thread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
synchronized (lock){
for (int i = 0; i < 5; i++) {
log.debug("唤醒线程第" + (i+1) + "次");
lock.notify();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(()->{
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "进入entryList");
synchronized (lock){
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "开始工作");
}
},"a" + (i + 6)).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
}
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "释放锁");
}
前面代码不变，在main线程的同步块中，第一个for循环改成唤醒在waitSet中的线程，根据我的理解，monitor中的结果如下图所示：
之后创建5个线程，拿不到锁会进入entryList，结果如下图所示
之后main线程释放锁，唤醒阻塞队列的线程，此时cxq不为空，所以t1可以拿到锁执行代码，t1释放锁之后，唤醒entryList队列当中的线程，从tail开始唤醒
控制台输出结果如下：
所以先wait的的线程是否先唤醒执行代码，要看cxq是否为空，如果cxq为空还要判断他在阻塞队列当中的位置。所以具体情况要具体的分析。
5. notifyAll的唤醒有顺序吗？
这一部分探究notifyAll的唤醒顺序，同样编写测试代码，如下：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object lock = new Object();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread thread = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "进入waitSet");
lock.wait();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "开始工作");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "t" + (i + 1));
thread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
synchronized (lock){
lock.notifyAll();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(()->{
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "进入entryList");
synchronized (lock){
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "开始工作");
}
},"a" + (i + 6)).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
}
log.debug(Thread.currentThread().getName() + "释放锁");
}
和前面的例子差不多，只是这里不是一个个唤醒而是直接调用notifyAll唤醒全部
先来看看执行的结果
输出的顺序是a10-a6 t5-t1 所以可以猜到，这10个线程都是从entryList队列当中被唤醒的。
结合图画理解，调用notifyAll,唤醒所有在waitSet中的线程，此时main线程锁没有释放，5个线程从waitSet的队头开始尾插的方式进入到entryList，如下图所示：
之后for循环，创建启动5个线程，拿不到锁进入entryList队列，如下图所示
此时main线程释放锁，唤醒entryList当中的线程，从tail开始执行，也就是第三节中得到的结论。
如果调换同步块中 notifyAll和for循环的顺序，那么结果应该是t5-t1开始工作 然后是a10-a6开始工作，读者可以自己去试一试。
所以调用notifyAll，会进行队列转移，将waitSet中的线程依次的转移到entryList当中。