Java中的wait和notify機制

基礎概念

在Java中，wait()和notify()是Object類的原生方法，用于實現線程間的協作：

1. wait()

   • 使當前線程釋放對象鎖并進入等待狀態
   • 必須在synchronized代碼塊內調用
   • 語法：obj.wait() 或 obj.wait(long timeout)
   • 線程狀態變化：RUNNING → WAITING

2. notify()

   • 隨機喚醒一個在該對象上等待的線程
   • notifyAll()喚醒所有等待線程
   • 同樣必須在synchronized代碼塊內調用

// 生產者-消費者示例
class Buffer {private int data;private boolean available = false;public synchronized void produce(int value) {while (available) wait();  // 等待消費者取走數據data = value;available = true;notifyAll();  // 喚醒消費者}public synchronized int consume() {while (!available) wait();  // 等待生產者寫入數據available = false;notifyAll();  // 喚醒生產者return data;}
}

執行流程

graph LRA[線程調用wait] --> B[釋放對象鎖]B --> C[進入等待隊列]D[其他線程調用notify] --> E[喚醒等待線程]E --> F[線程嘗試重新獲取鎖]F --> G[獲取鎖后繼續執行]

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Condition接口（java.util.concurrent.locks）

核心方法

Condition接口提供了更靈活的線程協調機制，需配合Lock使用：

1. await()

   • 功能類似wait()，但支持更豐富的等待條件
   • 可響應中斷：awaitUninterruptibly()
   • 支持超時：await(long time, TimeUnit unit)

2. signal()

   • 喚醒單個等待線程（類似notify()）
   • signalAll()喚醒所有等待線程

使用示例

import java.util.concurrent.locks.*;class ConditionExample {private final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition notFull = lock.newCondition();private final Condition notEmpty = lock.newCondition();private int[] buffer = new int[10];private int count = 0;public void produce(int item) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == buffer.length) notFull.await();  // 緩沖區滿時等待buffer[count++] = item;notEmpty.signal();   // 喚醒消費者} finally {lock.unlock();}}public int consume() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (count == 0) notEmpty.await();  // 緩沖區空時等待int item = buffer[--count];notFull.signal();      // 喚醒生產者return item;} finally {lock.unlock();}}
}

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對比分析

特性	wait/notify	Condition
鎖機制	必須配合synchronized	必須配合Lock實現
多條件等待	不支持	支持創建多個Condition實例
中斷響應	僅基礎中斷	提供awaitUninterruptibly()
超時控制	有限支持	精確到納秒的超時控制
公平性	依賴synchronized	可通過ReentrantLock配置
喚醒精確性	notify隨機喚醒	signal可定向喚醒特定條件隊列

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最佳實踐

1. 循環檢查條件
   始終在循環中檢查等待條件，避免虛假喚醒：

   while (!condition) {obj.wait();
   }
   

2. 資源釋放
   使用try-finally確保鎖釋放：

   lock.lock();
   try {// 臨界區代碼
   } finally {lock.unlock();
   }
   

3. 選擇建議

   • 簡單場景：優先使用synchronized + wait/notify
   • 復雜同步：使用Lock + Condition（如多條件隊列、公平鎖需求）

注意：Java 5+推薦使用java.util.concurrent包中的高級同步工具（如BlockingQueue），僅在底層控制需要時使用wait/notify或Condition。