wait notify notifyAll await signal signalAll 的理解及示例

从常见的一道面试题开始，题目的描述是这样子的：

有三个线程分别打印A、B、C,请用多线程编程实现，在屏幕上循环打印10次ABCABC…

网上大都教了你怎么去实现，其实我也写过一篇 https://blog.csdn.net/sanri1993/article/details/89644493 但是都没有把原理说透，说再多的解法别人也记不住。

这个其实需要从最原本的 Object 的方法 wait() ,notify() notifyAll() 来理解 ，想必读者在工作中应该几乎是没有使用过这几个方法的，这里我稍微介绍下功能

• 这几个方法都必须在线程获得锁之后才能调用(这里说的锁是 synchronized 锁)
• wait 方法会阻塞当前线程并释放锁，直到被唤醒。即另一个线程获得那把锁，并调用锁对象的 notify 或 notifyAll 方法
• notify 调用后，wait 方法并不是立马往后执行，它需要重新获取锁
• wait 调用后会把当前线程放进一个 wait 集合中，那个集合并不是有序的

利用 wait 的阻塞特性，我们可以用它来实现循环打印 ABC ；可以使用三把锁来实现，还需要一个变量来控制当前应该打印谁，当前如果不是打印这个值时，调用 wait，如果是打印这个值，就打印这个值并切换成一个打印变量，同时唤醒下一个打印，伪代码如下:

完整代码 ABCThreadWait 在 这个地方

char currentChar = 'A';
Object lockA = new Object();
Object lockB = new Object();
Object lockC = new Object();

ThreadA
    synchronized(lockA){
        // 先获取 A 锁，可能马上就要调用 wait 方法
        // 因为这里只有三个线程，所以用 if 和 while 是一样的，建议用 while 
        if(currentChar != 'A'){
            lockA.wait();
        }
        print('A');currentChar = 'B';
        //然后唤醒 B ，需要先获取B 锁
        synchronized(lockB){
            lockB.notify();
        }
    }
ThreadB
    synchronized(lockB){
        if(currentChar != 'B'){
            lockB.wait();
        }
        print('B');currentChar = 'C';
        synchronized(lockC){
            lockC.notify();
        }
    }
ThreadC
    synchronized(lockC){
        if(currentChar != 'C'){
            lockC.wait();
        }
        print('C');currentChar = 'A';
        synchronized(lockA){
            lockA.notify();
        }
    }

这里可以精简为使用一个线程类，使用不同的线程实例来实现，但还是使用的三把锁，每个线程都需要先获取自身的锁，然后判断是否需要打印，如果不是当前字符则释放锁；是当前字符就打印字符，在打印完后获取下一个打印的锁，把下一个打印线程唤醒。伪代码如下：

完整代码 ABCThreadWaitOneThreadClass 在 这个地方

synchronized (lockSelf){
    if(printChar != currentPrintChar){
        try {
            lockSelf.wait();
        } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
    }
    // 打印当前线程字符
    System.out.print(printChar);

    // 切换下一个线程，并切换状态
    if(currentPrintChar == 'A'){currentPrintChar = 'B';}
    else if(currentPrintChar == 'B'){currentPrintChar = 'C';}
    else if(currentPrintChar == 'C'){currentPrintChar = 'A';}

    //唤醒下一个线程
    synchronized (lockNext) {
        lockNext.notify();
    }
}

当然也可以使用一把锁来实现，这需要用到 Lock + Condition ，关于 Lock 和 Condition 见这篇文章

使用 Condition 的 await signal signalAll 时，同样需要获得 Lock 锁，其它特性等同于 wait notify notifyAll

其实仔细看这道题，永远只有一个线程在打印，照理论来说只需要一把锁即可，上面需要有多把锁的原因是一个锁只有一个等待队列 ，并且 notify 也是随机唤醒的。而每个 Condition 会带一个等待队列，所以用 Condition 只要一把锁就可以了，减轻了代码的复杂度，多锁情况很容易造成死锁。

使用 Lock + Condition 的完整代码 ConditionABC 在 这个地方 ，这是用多个线程类实现的，当然也可以用单个线程类多个线程实例来实现，这里就不再写了。

借用一篇写得挺不错的博文 ，请一定耐心把它读完再接着往下读 你真的懂 wait notify notifyAll 吗

文章中的源码QueueUseWaitNotify 在 这个地方

这个图不错，收藏了

文章中有一个地方说得挺好，就是面试常问的 notify 和 notifyAll 的区别

青铜玩家会一脸纯真的看着面试官，就是唤醒一个和唤醒一堆啊，但它两真正的区别是 notifyAll 调用后，会把所有在 Wait Set 中的线程状态变成 RUNNABLE 状态，然后这些线程再去竞争锁，获取到锁的线程为 Run 状态，没有获取到锁的线程进入 Entry Set 集合中变成 Block 状态，它们只需要等到上个线程执行完或者 wait 就可以再次竞争锁而无需 notify ； 而 notify 方法只是照规则唤醒 Wait Set 中的某一个线程，其它的线程还是在 Wait Set 中。

文章中说到的为什么 wait 要写在 for 循环中是因为 wait 是释放了锁，然后阻塞，等到下次唤醒的时候，在多个生产者多个消费者的情况下，有可能是被 “同类” 唤醒的，所以需要再去检查下状态是否正确。

文章中有一个地方没有说明白 ，这里再解释下，就是那个使用 notfiy 会带来死锁的问题，个人理解，如有偏差望指正

当有多个消费者和多个生产者的时候，这时正好在消费，所以生产者是在 Wait Set 中，可能还有其它消费者也在 Wait Set 中，因为是 notify 而不是 notfiyAll 嘛，所以消费者有可能一直 notify 的都是另一个消费者，刚好这时 buffer 空了，正好所有消费都 wait 了而没能及时 notify 生产者，这时 Wait Set 中四目相望造成死锁。

文章最后有一个评论说可以生产者用一把锁，消费者用一把锁，这里也有实现 QueueUseWaitNofiy2

可以使用 Condition 做更好的实现，只使用一把锁，这里本身也只需要一把锁就可以了，具体实现见代码 QueueUseCondition

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