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在 Java 并发编程中，锁的等待和唤醒机制至关重要，通常使用 wait()、notify() 和 notifyAll() 来实现线程间的协调。本文将详细介绍这些方法的用法，并通过示例代码加以说明。

1. wait()、notify() 与 notifyAll()

在 Java 中，Object 类提供了 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法，它们用于线程间的通信。

• wait()：使当前线程进入等待状态，并释放锁。
• notify()：唤醒单个等待线程。
• notifyAll()：唤醒所有等待线程。

注意，这些方法必须在同步代码块（synchronized）中调用，否则会抛出 IllegalMonitorStateException。

2. 示例代码

下面的示例展示了 wait() 和 notify() 的使用。

class SharedResource {private boolean available = false;public synchronized void produce() {while (available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("Producing an item");available = true;notify();}public synchronized void consume() {while (!available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("Consuming an item");available = false;notify();}
}public class WaitNotifyExample {public static void main(String[] args) {SharedResource resource = new SharedResource();Thread producer = new Thread(resource::produce);Thread consumer = new Thread(resource::consume);producer.start();consumer.start();}
}

3. wait() 和 notify() 的工作原理

1. 生产者线程 produce() 在 available 为 true 时调用 wait() 进入等待状态，释放锁。
2. 消费者线程 consume() 在 available 为 false 时调用 wait() 进入等待状态，释放锁。
3. produce() 生产后调用 notify() 唤醒 consume()。
4. consume() 消费后调用 notify() 唤醒 produce()。

4. notifyAll() 的使用场景

notify() 仅唤醒一个线程，而 notifyAll() 可用于有多个等待线程的情况，以防止某些线程被永久阻塞。

public synchronized void produce() {while (available) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("Producing an item");available = true;notifyAll();
}

5. Lock 和 Condition 方式

除了 synchronized，还可以使用 Lock 和 Condition 进行等待和唤醒控制。

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;class SharedResourceWithLock {private boolean available = false;private final Lock lock = new ReentrantLock();private final Condition condition = lock.newCondition();public void produce() {lock.lock();try {while (available) {condition.await();}System.out.println("Producing an item");available = true;condition.signal();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();} finally {lock.unlock();}}public void consume() {lock.lock();try {while (!available) {condition.await();}System.out.println("Consuming an item");available = false;condition.signal();} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();} finally {lock.unlock();}}
}

6. 总结

• wait() 和 notify() 需要在 synchronized 块中使用。
• notifyAll() 可防止线程被永久阻塞。
• Lock 和 Condition 提供更灵活的等待和唤醒机制。

合理使用这些机制可以提升 Java 多线程程序的性能和可靠性。