在Java多線程編程中，線程間的通信與協作是實現復雜并發邏輯的關鍵。wait()、notify()以及sleep()方法作為線程控制的重要工具，有著各自獨特的使用場景與規則。本文將深入探討wait()和notify()的協作機制，以及sleep()的阻塞特性，同時重點解析wait()必須在循環中調用的核心原因——防止虛假喚醒（Spurious Wakeup）。
一、wait/notify：線程間通信的橋梁
1.1 wait/notify的核心功能
wait()和notify()是Object類的方法，主要用于線程間的協作與通信。
wait()：當一個線程調用wait()方法時，它會釋放當前持有的對象鎖，并進入等待狀態。直到其他線程調用同一個對象的notify()或notifyAll()方法將其喚醒。notify()：隨機喚醒一個在該對象上等待的線程；而notifyAll()則會喚醒所有在該對象上等待的線程。
關鍵操作時序圖
1.2 wait/notify的使用規則
wait()和notify()必須在synchronized同步代碼塊或同步方法中使用，這是因為它們的操作依賴于對象鎖的狀態。若不在同步環境中調用，會拋出IllegalMonitorStateException異常。
1.3 典型使用場景：生產者-消費者模型
class SharedResource {private int data;private boolean isEmpty = true;public synchronized void produce(int value) {while (!isEmpty) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}data = value;isEmpty = false;notifyAll();}public synchronized void consume() {while (isEmpty) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("Consumed: " + data);isEmpty = true;notifyAll();}
}
在上述代碼中，生產者線程在緩沖區滿時調用wait()等待，消費者線程消費數據后通過notifyAll()喚醒生產者；反之亦然。
二、sleep：簡單的線程阻塞
2.1 sleep的特性
sleep()是Thread類的靜態方法，用于讓當前線程暫停執行指定的時間（以毫秒為單位）。與wait()不同，sleep()不會釋放線程持有的鎖。
2.2 使用場景
- 模擬延遲：在測試代碼或需要控制執行節奏的場景中，通過
sleep()讓線程暫停一段時間。 - 避免過度占用資源：例如在輪詢檢查某個條件時，加入
sleep()可以減少CPU的占用。
public class SleepExample {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(() -> {synchronized (SleepExample.class) {try {System.out.println("線程開始睡眠");Thread.sleep(2000);System.out.println("線程睡眠結束");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread.start();}
}
在上述代碼中，線程在持有鎖的情況下進行睡眠，期間其他線程無法獲取該鎖。
三、為什么wait()必須在循環中調用：防止虛假喚醒
3.1 什么是虛假喚醒
虛假喚醒（Spurious Wakeup）是指線程在沒有被其他線程調用notify()或notifyAll()的情況下被喚醒。雖然這種情況在實際中并不常見，但Java的wait()機制允許它發生，這是JVM底層實現的結果。
3.2 循環檢查的必要性
如果不使用循環，當發生虛假喚醒時，線程會誤以為等待的條件已經滿足，繼續執行后續代碼，可能導致程序邏輯錯誤。因此，wait()必須配合while循環使用，每次被喚醒后重新檢查條件是否真正滿足。
synchronized (obj) {while (!condition) {obj.wait();}// 條件滿足，執行相應邏輯
}
通過while循環，即使發生虛假喚醒，線程也會重新進入等待狀態，直到條件真正滿足才繼續執行。
四、總結
wait/notify：用于線程間的通信與協作，必須在同步環境中使用，且wait()要配合while循環防止虛假喚醒。sleep：單純的線程阻塞，不釋放鎖，適用于控制線程執行節奏。
理解這些方法的特性與使用規則，是編寫正確、高效的多線程程序的基礎。在實際開發中，合理運用這些工具，可以實現復雜的線程協作邏輯，同時避免因不當使用導致的各種問題。
