Java 异步编程之：notify 和 wait 用法

最近看帖子，发现一道面试题：

启动两个线程, 一个输出 1,3,5,7…99, 另一个输出 2,4,6,8…100 最后 STDOUT 中按序输出 1,2,3,4,5…100

题目要求用 Java 的 wait + notify 机制来实现，重点考察对于多线程可见性的理解。

wait 和 notify 简介

wait 和 notify 均为 Object 的方法：

• Object.wait() —— 暂停一个线程
• Object.notify() —— 唤醒一个线程

从以上的定义中，我们可以了解到以下事实：

• 想要使用这两个方法，我们需要先有一个 对象 Object。
• 在多个线程之间，我们可以通过调用 同一个对象 的 wait() 和 notify() 来实现不同的线程间的可见。

对象控制权（monitor）

在使用 wait 和 notify 之前，我们需要先了解对象的控制权（monitor）。在 Java 中任何一个时刻，对象的控制权只能被一个线程拥有。如何理解控制权呢？请先看下面的简单代码：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

直接执行，我们将会得到以下异常：

Exception in thread "Thread-0" java.lang.IllegalMonitorStateException
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
    at com.xiangyu.demo.ThreadTest$1.run(ThreadTest.java:10)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

出错的代码在： object.wait(); 。这里我们需要了解以下事实：

• 无论是执行对象的 wait、notify 还是 notifyAll 方法，必须保证当前运行的线程取得了该对象的控制权（monitor）
• 如果在没有控制权的线程里执行对象的以上三种方法，就会报 java.lang.IllegalMonitorStateException 异常。
• JVM 基于多线程，默认情况下不能保证运行时线程的时序性

在上面的示例代码中，我们 new 了一个 Thread，但是对象 object 的控制权仍在主线程里。所以会报 java.lang.IllegalMonitorStateException 。

我们可以通过同步锁来获得对象控制权，例如：synchronized 代码块。对以上的示例代码做改造：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object){ // 修改处
                    try {
                        object.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

再次执行，代码不再报错。

解题

了解了对象控制权之后，我们就可以正常地使用 notify 和 wait 了，下面给出我的解题方法，供参考。

public class ThreadTest {
    private final Object flag = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        ThreadTest threadTest = new ThreadTest();
        ThreadA threadA = threadTest.new ThreadA();
        threadA.start();
        ThreadB threadB = threadTest.new ThreadB();
        threadB.start();
    }

    class ThreadA extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (flag) {
                for (int i = 0; i <= 100; i += 2) {
                    flag.notify();
                    System.out.println(i);
                    try {
                        flag.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }

        }
    }

    class ThreadB extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (flag) {
                for (int i = 1; i < 100; i += 2) {
                    flag.notify();
                    System.out.println(i);
                    try {
                        flag.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}