本文主要參考

理解此問題先修知識：

• synchronized 的含義：

  • Java中每一個物件都可以成為一個監視器（Monitor）, 該Monitor由一個鎖（lock）, 一個等待佇列（waiting queue ）, 一個入口佇列( entry queue).
  • 對於一個物件的方法， 如果沒有synchronized關鍵字， 該方法可以被任意數量的執行緒，在任意時刻呼叫。
  • 對於添加了synchronized關鍵字的方法，任意時刻只能被唯一的一個獲得了物件例項鎖的執行緒呼叫。
  • synchronized用於實現多執行緒的同步操作

• wait()功用

  • wait(), notify()
    , notifyAll() 和 synchonized 需要搭配使用， 用於執行緒同步
  • wait()總是在一個迴圈中被呼叫，掛起當前執行緒來等待一個條件的成立。 Wait呼叫會一直等到其他執行緒呼叫notifyAll()時才返回。
  • 當一個執行緒在執行synchronized 的方法內部，呼叫了wait()後， 該執行緒會釋放該物件的鎖， 然後該執行緒會被新增到該物件的等待佇列中（waiting queue）, 只要該執行緒在等待佇列中， 就會一直處於閒置狀態， 不會被排程執行。 要注意wait()方法會強迫執行緒先進行釋放鎖操作，所以在呼叫wait()時， 該執行緒必須已經獲得鎖，否則會丟擲異常。由於wait()
    在synchonized的方法內部被執行， 鎖一定已經獲得， 就不會丟擲異常了。
    

• notify()的功用

  • wait(), notify(), notifyAll() 和 synchonized 需要搭配使用， 用於執行緒同步
  • 當一個執行緒呼叫一個物件的notify()方法時， 排程器會從所有處於該物件等待佇列（waiting queue）的執行緒中取出任意一個執行緒， 將其新增到入口佇列( entry queue) 中. 然後在入口佇列中的多個執行緒就會競爭物件的鎖， 得到鎖的執行緒就可以繼續執行。 如果等待佇列中（waiting queue）沒有執行緒， notify()方法不會產生任何作用
  • notifyAll() 和notify()工作機制一樣， 區別在於notifyAll()會將等待佇列（waiting queue）中所有的執行緒都新增到入口佇列中（entry queue）
  • 注意, notifyAll()比notify()更加常用， 因為notify()方法只會喚起一個執行緒， 且無法指定喚醒哪一個執行緒，所以只有在多個執行相同任務的執行緒在併發執行時， 我們不關心哪一個執行緒被喚醒時，才會使用notify()

為什麼wait()和notify()或notifyAll()需要搭配synchronized關鍵字使用

• 從語義角度來講， 一個執行緒呼叫了wait()之後， 必然需要由另外一個執行緒呼叫notify()來喚醒該執行緒， 所以本質上， wait()與notify()的成對使用， 是一種執行緒間的通訊手段。
• 進一步分析， wait() 操作的呼叫必然是在等待某種條件的成立， 而條件的成立必然是由其他的執行緒來完成的。 所以實際上， 我們呼叫 wait() 的時候， 實際上希望達到如下的效果

// 執行緒A 的程式碼
while(!condition){ // 不能使用 if , 因為存在一些特殊情況， 使得執行緒沒有收到 notify 時也能退出等待狀態
    wait();
}
// do something

// 執行緒 B 的程式碼
if(!condition){ 
    // do something ...
    condition = true;
    notify();
}

• 現在考慮， 如果wait() 和 notify() 的操作沒有相應的同步機制， 則會發生如下情況

  1. 【執行緒A】 進入了 while 迴圈後突然被掛起
  2. 【執行緒B】 執行完畢了 condition = true; notify(); 的操作， 此時【執行緒A】的 wait() 操作尚未被執行， notify() 操作沒有產生任何效果
  3. 【執行緒A】執行wait() 操作， 進入等待狀態，如果沒有額外的 notify() 操作， 該執行緒將持續在 condition = true 的情形下， 持續處於等待狀態得不到執行。

• 那是否簡單的將之前的程式碼包裹在一個 synchronized 程式碼塊中就可以滿足需求呢？ 像下面這樣。

// 執行緒A 的程式碼
synchronized(obj_A)
{
    while(!condition){ 
        wait();
    }
    // do something 
}

// 執行緒 B 的程式碼
synchronized(obj_A)
{
    if(!condition){ 
        // do something ...
        condition = true;
        notify();
    }
}

• 乍一看， 上述的程式碼可以解決問題， 但是仔細分析一下， 由於wait() 操作會掛起當前執行緒， 那麼必然需要在掛起前釋放掉 obj_A 的鎖， 但如果 obj_A 允許是任意一個指定的物件， wait() 操作內部必然無法得知應該釋放哪個物件的鎖， 除非將需要釋放鎖的物件作為引數傳給 wait() 方法。那麼很自然的， 語法就會被設計成 java 現在的樣子。即基於物件的 wait() 與 notify() 的呼叫， 必須先獲得該物件的鎖。

• 正確的用法示例如下

// 執行緒 A 的程式碼
synchronized(obj_A)
{
    while(!condition){ 
        obj_A.wait();
    }
    // do something 
}

// 執行緒 B 的程式碼
synchronized(obj_A)
{
    if(!condition){ 
        // do something ...
        condition = true;
        obj_A.notify();
    }
}