Java 中 wait, notify 和 notifyAll的正确使用 – 以生产者消费者模型为例

如何使用Wait

尽管关于wait和notify的概念很基础，它们也都是Object类的函数，但用它们来写代码却并不简单。如果你在面试中让应聘者来手写代码，用wait和notify解决生产者消费者问题，我几乎可以肯定他们中的大多数都会无所适从或者犯下一些错误，例如在错误的地方使用 synchronized 关键词，没有对正确的对象使用wait，或者没有遵循规范的代码方法。说实话，这个问题对于不常使用它们的程序员来说确实令人感觉比较头疼。

第一个问题就是，我们怎么在代码里使用wait()呢？因为wait()并不是Thread类下的函数，我们并不能使用Thread.call()。事实上很多Java程序员都喜欢这么写，因为它们习惯了使用Thread.sleep()，所以他们会试图使用wait() 来达成相同的目的，但很快他们就会发现这并不能顺利解决问题。正确的方法是对在多线程间共享的那个Object来使用wait。在生产者消费者问题中，这个共享的Object就是那个缓冲区队列。

第二个问题是，既然我们应该在synchronized的函数或是对象里调用wait，那哪个对象应该被synchronized呢？答案是，那个你希望上锁的对象就应该被synchronized，即那个在多个线程间被共享的对象。在生产者消费者问题中，应该被synchronized的就是那个缓冲区队列。

永远在循环（loop）里调用 wait 和 notify，不是在 If 语句

现在你知道wait应该永远在被synchronized的背景下和那个被多线程共享的对象上调用，下一个一定要记住的问题就是，你应该永远在while循环，而不是if语句中调用wait。因为线程是在某些条件下等待的——在我们的例子里，即“如果缓冲区队列是满的话，那么生产者线程应该等待”，你可能直觉就会写一个if语句。但if语句存在一些微妙的小问题，导致即使条件没被满足，你的线程你也有可能被错误地唤醒。所以如果你不在线程被唤醒后再次使用while循环检查唤醒条件是否被满足，你的程序就有可能会出错——例如在缓冲区为满的时候生产者继续生成数据，或者缓冲区为空的时候消费者开始小号数据。所以记住，永远在while循环而不是if语句中使用wait！

就像我之前说的一样，在while循环里使用wait的目的，是在线程被唤醒的前后都持续检查条件是否被满足。如果条件并未改变，wait被调用之前notify的唤醒通知就来了，那么这个线程并不能保证被唤醒，有可能会导致死锁问题。

Java wait(), notify(), notifyAll() 范例

下面我们提供一个使用wait和notify的范例程序。在这个程序里，我们使用了上文所述的一些代码规范。我们有两个线程，分别名为PRODUCER（生产者）和CONSUMER（消费者），他们分别继承了了Producer和Consumer类，而Producer和Consumer都继承了Thread类。Producer和Consumer想要实现的代码逻辑都在run()函数内。Main线程开始了生产者和消费者线程，并声明了一个LinkedList作为缓冲区队列（在Java中，LinkedList实现了队列的接口）。生产者在无限循环中持续往LinkedList里插入随机整数直到LinkedList满。我们在while(queue.size == maxSize)循环语句中检查这个条件。请注意到我们在做这个检查条件之前已经在队列对象上使用了synchronized关键词，因而其它线程不能在我们检查条件时改变这个队列。如果队列满了，那么PRODUCER线程会在CONSUMER线程消耗掉队列里的任意一个整数，并用notify来通知PRODUCER线程之前持续等待。在我们的例子中，wait和notify都是使用在同一个共享对象上的。

demo:

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Random;

/**
 * 
 * @ClassName: Product
 * @Description: 生产者线程类
 * @author: xfzhong
 * @date: 2017年6月28日 
 */
class Product extends Thread{
Queue<Integer> queue;//队列定义，存放数据
int maxSize=0;//容量声明
public Product(Queue<Integer> queue,int maxSize,String name) {//创建线程对象构造函数
	super(name);
	this.queue=queue;
	this.maxSize=maxSize;
}
@Override
	public void run() {
		while(true){
			synchronized(queue){
				while(queue.size()==maxSize){
					try {
						System.out.println("队列已经满了！生产者在等待消费者消耗！");
						queue.wait();
					} catch (Exception e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				Random random=new Random();
				int a=random.nextInt();
				System.out.println("Product value:"+a);
				queue.add(a);
				queue.notifyAll();//队列满了时通知消费者线程开始执行
			}
		}		
	}
}
/**
 * 
 * @ClassName: Customer
 * @Description: 消费者线程类
 * @author: xfzhong
 * @date: 2017年6月28日 
 */
class Customer extends Thread{
	Queue<Integer> queue;//队列定义，存放数据
	int maxSize=0;//容量声明
	public Customer(Queue<Integer> queue,int maxSize,String name) {//创建线程对象构造函数
		super(name);
		this.queue=queue;
		this.maxSize=maxSize;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			synchronized (queue) {
				while(queue.isEmpty()){
					try {
						System.out.println("队列为空！消费者在等待生产者生产！");
						queue.wait();
					} catch (Exception e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
				System.out.println("customer value:"+queue.remove());
				queue.notifyAll();
			}
		}
	}
}
public class ProductOrCustomer {
public static void main(String[] args) {
	//创建线程对象
	System.out.println("start-----");
	Queue<Integer> queue=new LinkedList<Integer>();
	int maxSize=10;
	Product product=new Product(queue, maxSize, "product");
	Customer customer=new Customer(queue, maxSize, "customer");
	product.start();
	customer.start();
	System.out.println("end-----");
}
}