作者 | 磊哥

來源 | Java面試真題解析（ID：aimianshi666）

轉載請聯系授權（微信ID：GG_Stone）

在多線程編程中，wait 方法是讓當前線程進入休眠狀態，直到另一個線程調用了 notify 或 notifyAll 方法之后，才能繼續恢復執行。而在 Java 中，wait 和 notify/notifyAll 有著一套自己的使用格式要求，也就是在使用 wait 和 notify（notifyAll 的使用和 notify 類似，所以下文就只用 notify 用來指代二者）必須配合 synchronized 一起使用才行。

wait/notify基礎使用

wait 和 notify 的基礎方法如下：

Object?lock?=?new?Object(); new?Thread(()?->?{synchronized?(lock)?{try?{System.out.println("wait?之前");//?調用?wait?方法lock.wait();System.out.println("wait?之后");}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}} }).start();Thread.sleep(100); synchronized?(lock)?{System.out.println("執行?notify");//?調用?notify?方法lock.notify(); }

以上代碼的執行結果如下圖所示：

wait/notify和synchronized一起用？

那問題來了，是不是 wait 和 notify 一定要配合 synchronized 一起使用呢？wait 和 notify 單獨使用行不行呢？我們嘗試將以上代碼中的 synchronized 代碼行刪除，實現代碼如下：初看代碼好像沒啥問題，編譯器也沒報錯，好像能“正常使用”，然而當我們運行以上程序時就會發生如下錯誤：從上述結果可以看出：無論是 wait 還是 notify，如果不配合 synchronized 一起使用，在程序運行時就會報 IllegalMonitorStateException 非法的監視器狀態異常，而且 notify 也不能實現程序的喚醒功能了。

原因分析

從上述的報錯信息我們可以看出，JVM 在運行時會強制檢查 wait 和 notify 有沒有在 synchronized 代碼中，如果沒有的話就會報非法監視器狀態異常（IllegalMonitorStateException），但這也僅僅是運行時的程序表象，那為什么 Java 要這樣設計呢？其實這樣設計的原因就是為了防止多線程并發運行時，程序的執行混亂問題。初看這句話，好像是用來描述“鎖”的。然而實際情況也是如此，wait 和 notify 引入鎖就是來規避并發執行時程序的執行混亂問題的。那這個“執行混亂問題”到底是啥呢？接下來我們繼續往下看。

wait和notify問題復現

我們假設 wait 和 notify 可以不加鎖，我們用它們來實現一個自定義阻塞隊列。這里的阻塞隊列是指讀操作阻塞，也就是當讀取數據時，如果有數據就返回數據，如果沒有數據則阻塞等待數據，實現代碼如下：

class?MyBlockingQueue?{//?用來保存數據的集合Queue<String>?queue?=?new?LinkedList<>();/***?添加方法*/public?void?put(String?data)?{//?隊列加入數據queue.add(data);?//?喚醒線程繼續執行（這里的線程指的是執行?take?方法的線程）notify();?//?③}/***?獲取方法（阻塞式執行）*?如果隊列里面有數據則返回數據，如果沒有數據就阻塞等待數據*?@return*/public?String?take()?throws?InterruptedException?{//?使用?while?判斷是否有數據（這里使用?while?而非?if?是為了防止虛假喚醒）while?(queue.isEmpty())?{?//?①??//?沒有任務，先阻塞等待wait();?//?②}return?queue.remove();?//?返回數據} }

注意上述代碼，我們在代碼中標識了三個關鍵執行步驟：①：判斷隊列中是否有數據；②：執行 wait 休眠操作；③：給隊列中添加數據并喚醒阻塞線程。如果不強制要求添加 synchronized，那么就會出現如下問題：

步驟線程1線程2

1	執行步驟 ① 判斷當前隊列中沒有數據
2		執行步驟 ③ 將數據添加到隊列，并喚醒線程1繼續執行
3	執行步驟 ② 線程 1 進入休眠狀態

從上述執行流程看出問題了嗎？如果 wait 和 notify 不強制要求加鎖，那么在線程 1 執行完判斷之后，尚未執行休眠之前，此時另一個線程添加數據到隊列中。然而這時線程 1 已經執行過判斷了，所以就會直接進入休眠狀態，從而導致隊列中的那條數據永久性不能被讀取，這就是程序并發運行時“執行結果混亂”的問題。然而如果配合 synchronized 一起使用的話，代碼就會變成以下這樣：

class?MyBlockingQueue?{//?用來保存任務的集合Queue<String>?queue?=?new?LinkedList<>();/***?添加方法*/public?void?put(String?data)?{synchronized?(MyBlockingQueue.class)?{//?隊列加入數據queue.add(data);//?為了防止?take?方法阻塞休眠，這里需要調用喚醒方法?notifynotify();?//?③}}/***?獲取方法（阻塞式執行）*?如果隊列里面有數據則返回數據，如果沒有數據就阻塞等待數據*?@return*/public?String?take()?throws?InterruptedException?{synchronized?(MyBlockingQueue.class)?{//?使用?while?判斷是否有數據（這里使用?while?而非?if?是為了防止虛假喚醒）while?(queue.isEmpty())?{??//?①//?沒有任務，先阻塞等待wait();?//?②}}return?queue.remove();?//?返回數據} }

這樣改造之后，關鍵步驟 ① 和關鍵步驟 ② 就可以一起執行了，從而當線程執行了步驟 ③ 之后，線程 1 就可以讀取到隊列中的那條數據了，它們的執行流程如下：

步驟線程1線程2

1	執行步驟 ① 判斷當前隊列沒有數據
2	執行步驟 ② 線程進入休眠狀態
3		執行步驟 ③ 將數據添加到隊列，并執行喚醒操作
4	線程被喚醒，繼續執行
5	判斷隊列中有數據，返回數據

這樣咱們的程序就可以正常執行了，這就是為什么 Java 設計一定要讓 wait 和 notify 配合上 synchronized 一起使用的原因了。

總結

本文介紹了 wait 和 notify 的基礎使用，以及為什么 wait 和 notify/notifyAll 一定要配合 synchronized 使用的原因。如果 wait 和 notify/notifyAll 不強制和 synchronized 一起使用，那么在多線程執行時，就會出現 wait 執行了一半，然后又執行了添加數據和 notify 的操作，從而導致線程一直休眠的缺陷。

是非審之于己，毀譽聽之于人，得失安之于數。

公眾號：Java面試真題解析

面試合集：https://gitee.com/mydb/interview

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的为什么wait和notify必须放在synchronized中？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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