面试官：为什么有了sleep还需要wait？

雨点打透心脏的1/2处 2024-03-26 18:05 35阅读 0赞

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## 1. 能不能调整线程先后顺序？ ##

对于线程执行最大的问题就是随机调度，抢占式执行，对于程序猿来讲，是不喜欢这种随机性的，程序猿喜欢确定的东西，于是就有了一些方法，可以控制线程之间的执行顺序，虽然线程在内核里调度是随机的，但我们可以通过一些 api 让线程主动阻塞等待，主动放弃 CPU 给其他线程让路呀！

就比如说，在地铁上，张三看到一位老人上地铁了，主动让座，老人坐了一会，起身对小伙说，我还有一站就到了，你来坐着吧，我站一会就下车了。

这是不是就像线程1正在占用 CPU 资源了，突然线程2开始工作了，于是线程1就让线程2先去工作，等线程2工作差不多了，在通知线程1可以工作了。

**在实际开发中，很多时候线程之间是需要相互配合的。**

比如篮球哥喜欢打篮球，篮球里，一个队伍五个人，小前锋，大前锋，中锋，后卫，分位，这 5 个角色就像 5 个线程，如果这 5 个人都争这一个球，那这个的队伍就没有配合性，必定会输球。

如果这 5 个人打好配合，先谁持球，然后接着执行什么战术，有合理的战术安排，此时球就能很好的在这 5 个人的手里运作起来，进球的概率也就大大提升。

再比如，球员a 先持球过半场，传球给球员b，球员b接球就投，球进了！

此时是不是就需要 a 先拿球过半场啊，等 a 过了半场，在传球给 b ，在 a 没有传球之前 b 是不能拿到球的！

也就是线程1没有执行到一定阶段，线程2是不能工作的！

**对于完成上述的配合操作，主要涉及到三个方法：**

*  **wait() / wait(long timeout)**

*  **notify / notiryAll()**

**此处的方法都是 Object 类中的方法，Object 类是所有类的父类，所以所有对象都有上述方法。**

后续的内容也是围绕上述方法进行展开。

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## 2. wait 方法 ##

**当某个对象调用 wait 方法时，wait 会做如下三件事：**

*  wait 使当前执行代码的线程进行等待(把线程放到阻塞队列中)

*  释放当前的锁

*  满足一定条件时被唤醒，重新尝试获取这个锁

由于 wait 执行时会释放当前的锁，所以调用 wait 的时候需要先获取到锁，即 wait 需要搭配 synchronized 使用。

**wait 的结束条件(满足一个即可)：**

*  其他线程调用该对象的 notify 方法

*  wait 超时等待(wait 方法提供一个带有 timeout 参数的版本, 来指定等待时间)

*  其他线程调用该线程的 interrupted 方法，导致 wait 抛出 InterruptedException 异常

public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (object) {
                System.out.println("开始等待!!!");
                try {
                    object.wait();
                    System.out.println("等待结束!!!");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t1.start();
    }

显然上述这个代码是一个 "死等"，因为没有触发上述 wait 结束条件的任意一个，所以 t1 线程会无止境的等待下去：

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通过 jconsole 工具也能发现，t1 线程始终处于 WAITING 状态！

如何让 wait 结束，那么只要满足上述所说的三个 wait 结束条件即可。

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## 3. notify 方法 ##

notify 的作用是唤醒等待的线程

*  notify 这个方法也要在同步代码块或同步方法中执行(被synchronized 修饰)，notify 用于通知哪些可能等待该对象锁的其他线程，并使他们重新获取该对象的锁。

*  如果有多个线程等待该对象的锁， 则由线程调度器随机挑选出一个呈 wait 状态的线程，并不会采取先来后到的机制。

*  notify 方法后，当前线程不会马上释放该对象锁，要等到执行完 notify 所处被 synchronized 修饰的代码块执行结束，才能释放对象锁！

**注意，通过指定对象调用 wait() 进入 WAITING 状态的线程，只有指定对象调用 notify 唤醒后(特殊情况除外)，该线程才能尝试获取锁，接着往下执行！**

notify 就好像一个妈妈(指定对象)，妈妈手上拿着一块小蛋糕，有三个小朋友在桌子旁边坐着等(妈妈.wait)，妈妈随机喊了一个小朋友，让他来吃蛋糕(妈妈.notify)，但是妈妈并没有把蛋糕放下(没有结束对应代码块，也就是还未释放锁)，当妈妈把蛋糕放在桌子上(锁被释放)，这个小朋友才能去吃蛋糕(获取到锁)。

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此时有了上述知识，我们就可以实现下上述图中吃蛋糕的场景了(为了代码简洁，我们只设定两个线程来等待被唤醒)：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (object) {
                System.out.println("张三进入 WAITING 状态");
                try {
                    object.wait();
                    System.out.println("张三吃到蛋糕了！");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (object) {
                System.out.println("李四进入 WAITING 状态");
                try {
                    object.wait();
                    System.out.println("李四吃到蛋糕了！");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(10); // 保证两个线程都进入到 WAITING 状态
        synchronized (object) {
            object.notify();
        }
    }

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可能大家多次测试上述代码后，发现一直都是张三吃到了蛋糕啊，但是其实这个是随机的，因为 CPU 就是随机调度的，这个咱们就没必要钻牛角尖了，实在要钻，可以创建线程池(后续讲)，搞一堆线程进行测试即可。

此时问题来了，当释放锁了之后，也就是妈妈把蛋糕放在桌子上了，此时被唤醒的线程是可以去拿蛋糕的，但是有没有可能释放锁的瞬间，被其他处在 RUNNABLE 状态的线程给劫持了呢？(其他线程也来竞争这把锁) 也就是突然冲进来了一条小狗，把蛋糕给抢到了，其实是有这种情况的：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (object) {
                System.out.println("张三进入 WAITING 状态");
                try {
                    object.wait();
                    System.out.println("张三吃到蛋糕了！");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
    
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (object) {
                System.out.println("小狗把蛋糕抢走了！");
                while (true) {} // 吃蛋糕
            }
        });
    
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(1000); // 保证两个线程都进入到 WAITING 状态
        synchronized (object) {
            object.notify();
            Thread.sleep(1000); // 唤醒 t1 但并没有立即释放锁, 休眠 1s 再释放
        }
    }

上述代码 main 线程等待 1000 毫秒后唤醒 t1 线程，此时 t1 被唤醒，就会重新尝试获取 object 对象锁，但是 t2 休眠了 1000 毫秒后，也想获取 object 对象锁。

唤醒 t1 之后，过了 1000 毫秒，也就意味着锁被释放，此时 t1 和 t2 都想获取到 object 对象锁，那究竟谁能获取到呢？这完全是随机的！比如下面的测试结果：

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所以是有可能别半路截胡的，罪魁祸首还是因为随机调度，抢占式执行呀！所以以后在写多线程代码的时候一定要多多注意，要让每种执行顺序得到的结果都是一样的，这才是好的代码！

**关于 notifyAll ：**

notifyAll 和 notify 非常相似，假设 5 个线程等待 object 对象唤醒，然后 object.notifyAll()，就会将这 5 个线程全部唤醒，然后这 5 个线程竞争 object 对象锁，没竞争到的，就继续进入 WAITING 状态。

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## 4. 使用 wait 和 notify 注意点 ##

**一定要弄清楚是谁在等被谁唤醒！**

如果 t1 里面调用 o1.wait()，那么只有其他线程调用了 o1.notify() 才能唤醒 t1，如果是其他线程调用 o2.notify()，是不能唤醒 t1 的！因为 t1 线程是在等 o1 唤醒！

而 o1 也只能唤醒在等他的线程，比如 t3 在等 student 唤醒，那调用 o1.notify() 是不能唤醒 t3 的，只能调用 studnet.notify() 才能唤醒 t3。

归根到底，我们一定要弄清楚，线程在等谁，也要弄清楚，这个对象，有哪些线程在等他的唤醒！

这里举两个例子来演示一下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object o1 = new Object();
        Object o2 = new Object();
        Thread t = new Thread(() -> {
            synchronized (o1) {
                try {
                    o1.wait();
                    System.out.println("t 线程被 main 线程唤醒!");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();
        Thread.sleep(10); // 保证 t 线程进入 WAITING 状态
        synchronized (o2) {
            o2.notify();
            System.out.println("执行完 o2.notify!");
        }
    }

这段代码，t 线程在等待 o1 对象唤醒，所以 main 线程中 o2.notify() 是在唤醒等待 o2 的线程，显然没有线程在等待 o2 唤醒，所以空打一枪，然而 t 线程仍然处在 WAITING 状态。

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如果对应对象 notify 的时候，没有线程在等待这个对象唤醒呢？那么就是无效唤醒，也没有什么副作用，所以我们以后写代码的时候还是要尽量保证先执行 wait 在执行 notify 才是有意义的，也就是在 notify 的时候，有线程在等待这个对象唤醒！

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## 5. wait 带参数和 sleep 的区别 ##

wait 的带参数版本，指定了最大的等待时间，看起来和 sleep 有点像，但是还是有本质区别的。

*  notify 唤醒 wait 的时候，是不会有任何异常的(正常的业务逻辑)

*  interrupt 唤醒 sleep 的时候，则是会抛出一个异常(表示逻辑出现了问题)

其实从理论上，wait 和 sleep 是没得比的，wait 是线程之间的通信，互相配合，而 sleep 是单纯让线程阻塞一段时间，唯一的相同点就是都可以让线程放弃 CPU 的调度一段时间而已。

*  wait 是需要搭配 synchronized 使用的，sleep 则不需要

*  wait 是 Object 的方法，而 sleep 是 Thread 的静态方法

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**下期预告：【多线程】单例模式**

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