在 Java 并發編程中，鎖的等待和喚醒機制至關重要，通常使用 wait()、notify() 和 notifyAll() 來實現線程間的協調。本文將詳細介紹這些方法的用法，并通過示例代碼加以說明。

1. wait()、notify() 與 notifyAll()

在 Java 中，Object 類提供了 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法，它們用于線程間的通信。

• wait()：使當前線程進入等待狀態，并釋放鎖。
• notify()：喚醒單個等待線程。
• notifyAll()：喚醒所有等待線程。

注意，這些方法必須在同步代碼塊（synchronized）中調用，否則會拋出 IllegalMonitorStateException。

2. 示例代碼

下面的示例展示了 wait() 和 notify() 的使用。

class SharedResource {private boolean available = false;public synchronized void produce() {while (available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("Producing an item");available = true;notify();}public synchronized void consume() {while (!available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("Consuming an item");available = false;notify();}
}public class WaitNotifyExample {public static void main(String[] args) {SharedResource resource = new SharedResource();Thread producer = new Thread(resource::produce);Thread consumer = new Thread(resource::consume);producer.start();consumer.start();}
}

3. wait() 和 notify() 的工作原理

1. 生產者線程 produce() 在 available 為 true 時調用 wait() 進入等待狀態，釋放鎖。
2. 消費者線程 consume() 在 available 為 false 時調用 wait() 進入等待狀態，釋放鎖。
3. produce() 生產后調用 notify() 喚醒 consume()。
4. consume() 消費后調用 notify() 喚醒 produce()。

4. notifyAll() 的使用場景

notify() 僅喚醒一個線程，而 notifyAll() 可用于有多個等待線程的情況，以防止某些線程被永久阻塞。

public synchronized void produce() {while (available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("Producing an item");available = true;notifyAll();
}

5. Lock 和 Condition 方式

除了 synchronized，還可以使用 Lock 和 Condition 進行等待和喚醒控制。

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;class SharedResourceWithLock {private boolean available = false;private final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition condition = lock.newCondition();public void produce() {lock.lock();try {while (available) {condition.await();}System.out.println("Producing an item");available = true;condition.signal();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();} finally {lock.unlock();}}public void consume() {lock.lock();try {while (!available) {condition.await();}System.out.println("Consuming an item");available = false;condition.signal();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();} finally {lock.unlock();}}
}

6. 總結

• wait() 和 notify() 需要在 synchronized 塊中使用。
• notifyAll() 可防止線程被永久阻塞。
• Lock 和 Condition 提供更靈活的等待和喚醒機制。

合理使用這些機制可以提升 Java 多線程程序的性能和可靠性。