Java等待通知机制的工作原理

Java中Object类提供了wait/notify/notifyAll方法，配合synchronized方法，可以实现等待/通知机制。本文将介绍等待/通知机制的一般模板和工作原理。

Synchronized锁的工作机制

首先来看一下Synchronized锁的工作机制。

如上图所示：

在Java中，任意一个对象都拥有自己的监视器。当这个对象被同步块或这个对象的同步方法调用时，执行方法的线程必须先获取到这个对象的监视器才能进入同步块或同步方法。没有获得监视器的线程将会被阻塞在同步块和同步方法的入口处（即进入同步队列），并且变为Block状态

等待通知机制的一般模式

等待方

获取对象的锁
如果条件不满足，则调用该对象的wait方法，等待条件成熟
后续检查中发现条件满足，继续执行后面的逻辑

通知方

获取对象的锁
执行逻辑，改变条件
通知所有等待在该对象上的线程

等待方和通知方获取锁的对象应当是同一个对象，才能获取相应的通知信息。

示例代码如下：

public class Test {
    
    
    final static Object object = new Object();

    public static class WaitThread extends Thread {
    
    
        @Override
        public void run() {
    
    
            synchronized (object) {
    
    
                try {
    
    
                    System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":waitThread wait for object!");
                    //  wait会释放锁
                    object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":waitThread end!");
            }
        }
    }

    public static class NotifyThread extends Thread {
    
    
        @Override
        public void run() {
    
    
            synchronized (object) {
    
    
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":notifyThread run!");
                object.notify();
                try {
    
    
                    // notify之后并不会释放锁，只是通知可以将线程从等待队列迁移至同步队列
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
                // synchronized结束，object上的锁才释放
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":notifyThread end!");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Thread waitThread = new WaitThread();
        Thread notifyThread = new NotifyThread();
        waitThread.start();
        notifyThread.start();
    }
}

那么wait/notify和synchronized机制到底是如何协调工作的呢？

请看下图：

等待通知机制的工作原理

等待通知机制原理

在上图中，笔者根据代码逻辑，将线程waitThread和notifyThread的运行流程使用数字都标识了出来。大体流程如下：

根据synchronized锁定原理，只有通过Monitor.Enter成功的对象，才能执行后续的流程。在示例代码中，waitThread先获取到了object对象的监视器，但是随后调用了wait方法，导致waitThread让出了锁，并进入了等待队列。

与此同时知notifyThread正好可以拿到object对象的监视器，从而执行自己后续的逻辑。在最终条用notify方法，“唤醒”了waitThread，从而使得waitThread从等待队列中移到了同步队列。等到notifyThread中释放了锁（Synchronized代码块结束），waitThread才能从同步队列中出队，竞争到object对象的监视器，从而继续走后续的流程。

以上就是等待/通知机制的一般流程，总结原理如下：

使用wait/notify/notifyAll方法时，需要先对调用对象加锁
调用wait方法，当前线程状态由RUNNABLE变为WAITING，并将当前线程放到对象的等待队列中
notify/notifyAll方法会将等待队列中的一个/全部等待线程移动到同步队列中。但这些等待线程并不会立即从wait方法返回，而是需要notify/notifyAll的线程释放锁之后，才能从wait方法返回。