JUC中的wait與notify方法實現(xiàn)原理詳解

更新時間：2023年03月10日 10:18:53 作者：Young丶

這篇文章主要介紹了JUC中的wait與notify方法實現(xiàn)原理，在進(jìn)行wait()之前，就代表著需要爭奪Synchorized，而Synchronized代碼塊通過javap生成的字節(jié)碼中包含monitor?enter和monitor?exit兩個指令

1.Object中的wait()實現(xiàn)原理

在進(jìn)行wait()之前，就代表著需要爭奪Synchorized，而Synchronized代碼塊通過javap生成的字節(jié)碼中包含monitor enter和monitor exit兩個指令。

當(dāng)在進(jìn)加鎖的時候會執(zhí)行monitor enter指令，執(zhí)行該指令可以獲取對象的monitor。同時在執(zhí)行Lock.wait()的時候也必須持有monitor對象。

在多核環(huán)境下，多個線程有可能同時執(zhí)行monitor enter指令，并獲取lock對象關(guān)聯(lián)的monitor，但只有一個線程可以和monitor建立關(guān)聯(lián)，這個線程執(zhí)行到wait方法時，wait方法會將當(dāng)前線程放入wait set，使其進(jìn)行等待直到被喚醒，并放棄lock對象上的所有同步聲明，意味著該線程釋放了鎖，其他線程可以重新執(zhí)行加鎖操作，notify方法會選擇wait set中任意一個線程進(jìn)行喚醒，notifyAll方法會喚醒monitor的wait set中所有線程。執(zhí)行完notify方法并不會立馬喚醒等待線程。那么wait具體是怎么實現(xiàn)的呢？

首先在HotSpot虛擬機中，monitor采用ObjectMonitor實現(xiàn)，每個線程都具有兩個隊列，分別為free和used，用來存放ObjectMonitor。如果當(dāng)前free列表為空，線程將向全局global list請求分配ObjectMonitor。

ObjectMonitor對象中有兩個隊列，都用來保存ObjectWaiter對象，分別是_WaitSet 和 _EntrySet。_owner用來指向獲得ObjectMonitor對象的線程

ObjectWaiter對象是雙向鏈表結(jié)構(gòu)，保存了_thread（當(dāng)前線程）以及當(dāng)前的狀態(tài)TState等數(shù)據(jù)，每個等待鎖的線程都會被封裝成ObjectWaiter對象。

_WaitSet：處于wait狀態(tài)的線程，會被加入到wait set；

_EntrySett：處于等待鎖block狀態(tài)的線程，會被加入到entry set；

wait方法實現(xiàn)

lock.wait()方法最終通過ObjectMonitor的 wait(jlong millis, bool interruptable, TRAPS)實現(xiàn)

1、將當(dāng)前線程封裝成ObjectWaiter對象node

2、通過ObjectMonitor::AddWaiter方法將node添加到_WaitSet列表中

3、通過ObjectMonitor::exit方法釋放當(dāng)前的ObjectMonitor對象，這樣其它競爭線程就可以獲取該ObjectMonitor對象

4、最終底層的park方法會掛起線程

ObjectSynchorizer::wait方法通過Object對象找到ObjectMonitor對象來調(diào)用方法 ObjectMonitor::wait()，通過調(diào)用ObjectMonitor::AddWaiter()可以把新建的ObjectWaiter對象，放入到_WaitSet隊列的末尾，然后在ObjectMonitor::exit釋放鎖，接著通過執(zhí)行thread_ParkEvent->park來掛起線程，也就是進(jìn)行wait。

2.Object對象中的wait,notify,notifyAll的理解

wait，notify，notifyAll 是定義在Object類的實例方法，用于控制線程狀態(tài)，在線程協(xié)作時，大家都會用到notify()或者notifyAll()方法，其中wait與notify是java同步機制中重要的組成部分，需要結(jié)合與synchronized關(guān)鍵字才能使用，在調(diào)用一個Object的wait與notify/notifyAll的時候，必須保證調(diào)用代碼對該Object是同步的，也就是說必須在作用等同于synchronized(object){…}的內(nèi)部才能夠去調(diào)用obj的wait與notify/notifyAll三個方法，否則就會報錯：java.lang.IllegalMonitorStateException:current thread not owner(意思是因為沒有同步，所以線程對對象鎖的狀態(tài)是不確定的，不能調(diào)用這些方法)。

wait的目的就在于暴露出對象鎖，所以需要保證在lock的同步代碼中調(diào)用lock.wait()方法，讓其他線程可以通過對象的notify叫醒等待在該對象的等該池里的線程。同樣notify也會釋放對象鎖，在調(diào)用之前必須獲得對象的鎖，不然也會報異常。所以，在線程自動釋放其占有的對象鎖后，不會去申請對象鎖，只有當(dāng)線程被喚醒的時候或者達(dá)到最大的睡眠時間，它才再次爭取對象鎖的權(quán)利

主要方法：

wait()

等待對象的同步鎖,需要獲得該對象的同步鎖才可以調(diào)用這個方法,否則編譯可以通過，但運行時會收到一個異常：IllegalMonitorStateException。調(diào)用任意對象的 wait() 方法導(dǎo)致該線程阻塞，該線程不可繼續(xù)執(zhí)行，并且該對象上的鎖被釋放。

notify()

喚醒在等待該對象同步鎖的線程(只喚醒一個,如果有多個在等待),注意的是在調(diào)用此方法的時候，并不能確切的喚醒某一個等待狀態(tài)的線程，而是由JVM確定喚醒哪個線程，而且不是按優(yōu)先級。調(diào)用任意對象的notify()方法則導(dǎo)致因調(diào)用該對象的 wait()方法而阻塞的線程中隨機選擇的一個解除阻塞（但要等到獲得鎖后才真正可執(zhí)行）。

notifyAll()

喚醒所有等待的線程,注意喚醒的是notify之前wait的線程,對于notify之后的wait線程是沒有效果的。

3.wait 實戰(zhàn)

通過一個實例來看一下實際的效果，開啟兩個線和，一個線程打印1到52的數(shù)字，一個打印A到Z的字母，要求，打印兩個數(shù)，打印一個字母，這樣交替順序打印，代碼如下：

public class ShuZiZiMuThread {
    public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();
        shuzi shuzi = new shuzi(object);
        zimu zimu = new zimu(object);
        Thread t = new Thread(shuzi);
        t.setName("shuzi");
        Thread t1 = new Thread(zimu);
        t1.setName("zimu");
        t.start();//數(shù)字線程先運行
        t1.start();
    }
}
class shuzi implements Runnable{
    private Object object;
    //聲明類的引用
    public shuzi(Object object) {
        this.object = object;
    }
    public void run() {
        synchronized (object) {//上鎖
            for(int i=1;i<53;i++){
                System.out.print(i+",");
                if(i%2==0){
                    object.notifyAll();//喚醒其它爭奪權(quán)限的線程
                    try {
                        object.wait();//釋放鎖，進(jìn)入等待
                        System.out.println("數(shù)字打印類打全打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程"+Thread.currentThread().getName());//輸出當(dāng)前擁有鎖的線程名稱
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}
class zimu implements Runnable{
    private Object object;
    public zimu(Object object) {
        this.object = object;
    }
    public void run() {
        synchronized (object) {
            for(int j=65;j<91;j++){
                char c = (char)j;
                System.out.print(c);
                object.notifyAll();//喚醒其它爭奪權(quán)限的線程
                try {
                    object.wait();//釋放鎖，進(jìn)入等待
                    System.out.println("字母打印類打全打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程"+Thread.currentThread().getName());//輸出當(dāng)前擁有鎖的線程名稱
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

實際運行的結(jié)果：

1,2,A數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
3,4,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
B數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
5,6,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
C數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
7,8,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
D數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
9,10,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
E數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
11,12,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
F數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
13,14,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
G數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
15,16,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
H數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
17,18,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
I數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
19,20,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
J數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
21,22,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
K數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
23,24,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
L數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
25,26,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
M數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
27,28,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
N數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
29,30,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
O數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
31,32,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
P數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
33,34,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
Q數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
35,36,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
R數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
37,38,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
S數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
39,40,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
T數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
41,42,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
U數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
43,44,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
V數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
45,46,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
W數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
47,48,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
X數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
49,50,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
Y數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi
51,52,字母打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程zimu
Z數(shù)字打印類打印當(dāng)前對象擁有對象鎖的線程shuzi