wait，notify，notifyAll，sleep，join等线程方法的全方位演练

一、概念解释

1. 进入阻塞：

有时我们想让一个线程或多个线程暂时去休息一下，可以使用 wait()，使线程进入到阻塞状态，等到后面用到它时，再使用notify()、notifyAll() 唤醒它，线程被唤醒后，会等待CPU调度。不过需要注意的是：在执行 wait() 方法前必须先拿到这个对象的monitor锁。

2. 线程阻塞后，通常有以下四种方式唤醒

另一个线程调用这个对象的notify()方法且刚好被唤醒的是本线程
另一个线程调用这个对象的notify()方法
过了waiting timeout()规定的超时时间，如果传入()就是永久等待
线程自身调用了interrupt()

3. notify 与 notifyAll ：

notify()：唤醒单个正在等待monitor锁的线程，如果有多个正在等待monitor的线程，只会选取一个唤醒，具体唤醒那一个是任意的，不确定的，Java对此并没有一个严格的规范，JVM内部可以拥有自己的实现。
notifyAll()：一次性把所有等待的线程唤醒，至于哪一个会获得monitor锁取决于cpu调度。

4. Monitor监视器锁原理

任何一个对象都有一个Monitor与之关联，当且一个Monitor被持有后，它将处于锁定状态。Synchronized在JVM里的实现都是 基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。

5. wait() 遇到 interrupt() 时：

假设线程已经执行了 wait() 方法，那么在此期间如果被中断了，它会和之前一样抛出InterruptException，并且释放掉目前已获得的monitor。

二、wait()和notify()、notifyAll()

1. wait()和notify()的基本用法

/*** 描述：     展示wait和notify的基本用法 1. 研究代码执行顺序 2. 证明wait释放锁*/
public class Wait {public static Object object = new Object();static class Thread1 extends Thread {@Overridepublic void run() {synchronized (object) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行了");try {object.wait(); //进入阻塞状态会释放锁} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "获取到了锁。");}}}static class Thread2 extends Thread {@Overridepublic void run() {synchronized (object) {object.notify(); //唤醒正在等待这把锁的单个线程System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "调用了notify()");}}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread1 thread1 = new Thread1();Thread2 thread2 = new Thread2();thread1.start();Thread.sleep(200);thread2.start();}
}

打印结果

上面的代码表示，线程 A 在使用 wait() 方法后会进入阻塞状态并释放object的锁，然后另一个线程 B 会获取到该object的锁，在执行 notify() 方法后，会唤醒等待这把锁的线程 A ，然后线程 A 继续执行!

2. notify()和notifyAll()的基本用法

(1)notifyAll()唤醒在等待某把锁的全部线程

package threadcoreknowledge.threadobjectclasscommonmethods;/*** 描述：     3个线程，线程1和线程2首先被阻塞，线程3唤醒它们。notify, notifyAll。 start先执行不代表线程先启动。*/
public class WaitNotifyAll implements Runnable {private static final Object resourceA = new Object();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Runnable r = new WaitNotifyAll();Thread threadA = new Thread(r);Thread threadB = new Thread(r);Thread threadC = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (resourceA) {resourceA.notifyAll();
//                    resourceA.notify();System.out.println("ThreadC notified.");}}});threadA.start();threadB.start();Thread.sleep(200);threadC.start();}@Overridepublic void run() {synchronized (resourceA) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" got resourceA lock.");try {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" waits to start.");resourceA.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"'s waiting to end.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

使用notifyAll()的打印结果:

线程1和线程2首先调用 wait() 进入阻塞，线程3使用 notifyAll 唤醒它们，然后线程1和线程2都会被唤醒继续执行，但是不能保证这两个线程哪个先执行。

（2）`notify()`唤醒在等待某把锁的一个线程

package threadcoreknowledge.threadobjectclasscommonmethods;/*** 描述：     3个线程，线程1和线程2首先被阻塞，线程3唤醒它们。notify, notifyAll。 start先执行不代表线程先启动。*/
public class WaitNotifyAll implements Runnable {private static final Object resourceA = new Object();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Runnable r = new WaitNotifyAll();Thread threadA = new Thread(r);Thread threadB = new Thread(r);Thread threadC = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (resourceA) {
//                    resourceA.notifyAll();resourceA.notify();System.out.println("ThreadC notified.");}}});threadA.start();threadB.start();Thread.sleep(200);threadC.start();}@Overridepublic void run() {synchronized (resourceA) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" got resourceA lock.");try {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" waits to start.");resourceA.wait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"'s waiting to end.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

使用notify()打印结果

由于是调用的 notify() 方法，所以只会唤醒等待这把锁的其中一个线程，但是具体会唤醒哪一个也不确定。

3. wait只释放当前调用者对象的那把锁

执行wait方法一定是一个Object对象，对象和 Monitor 监视器锁绑定，一个对象执行wait()就会释放掉该对象的锁，不会影响到其他对象的锁，每个对象的锁之间是独立的。

package threadcoreknowledge.threadobjectclasscommonmethods;/*** 描述：     证明wait只释放当前的那把锁*/
public class WaitNotifyReleaseOwnMonitor {private static volatile Object resourceA = new Object();private static volatile Object resourceB = new Object();public static void main(String[] args) {Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (resourceA) {System.out.println("ThreadA got resourceA lock.");synchronized (resourceB) {System.out.println("ThreadA got resourceB lock.");try {System.out.println("ThreadA releases resourceA lock.");resourceA.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}});Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized (resourceA) {System.out.println("ThreadB got resourceA lock.");System.out.println("ThreadB tries to resourceB lock.");synchronized (resourceB) {System.out.println("ThreadB got resourceB lock.");}}}});thread1.start();thread2.start();}
}

打印结果：

resourceB 的锁一直在 ThreadA手中，没有被释放，所以线程ThreadB会一直等待中。

4. wait()、notify()和notifyAll() 引起的线程状态的特殊转换

六种状态的含义和相互转换

上图是《线程的六种状态》一文中，线程的六种状态之间的正常转换轨迹，但是 wait()/notify()、notifyAll() 方法会导致状态之间的特殊转换：

比如，线程A从 Object.wait() 状态刚被唤醒时，通常不能立刻抢到 monitor 锁，会先等待 CPU 调度，这时的状态转换是由 Waiting 进入Blocked状态，等抢到锁后再转换到Runnable状态，但是 wait() 时如果发生异常，会直接跳到终止Terminated状态，即从Waiting直接到Terminated。

三、sleep方法详解

作用：只想让线程在预期的时间执行，其他时间不要占用CPU资源

特点：sleep方法可以让线程进入Timed_Waiting状态，并且不占用CPU资源，但是不释放锁（包括synchronize和lock），直到规定时间后再执行，休眠期间如果被中断，会抛出异常并清除中断标志。

1. sleep不释放锁

（1） sleep不释放synchronized的Monitor

package threadcoreknowledge.threadobjectclasscommonmethods;/*** 展示线程sleep的时候不释放synchronized的monitor，等sleep时间到了以后，正常结束后才释放锁*/
public class SleepDontReleaseMonitor implements Runnable {public static void main(String[] args) {SleepDontReleaseMonitor sleepDontReleaseMonitor = new SleepDontReleaseMonitor();new Thread(sleepDontReleaseMonitor).start();new Thread(sleepDontReleaseMonitor).start();}@Overridepublic void run() {syn();}private synchronized void syn() {System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "获取到了monitor。");try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "退出了同步代码块");}
}

执行结果：

sleep() 方法不会释放锁，等到sleep的指定时间一过，会继续执行，然后该线程的全部代码执行结束，才会释放锁，其他线程继续执行。

（2）sleep不释放lock

package threadcoreknowledge.threadobjectclasscommonmethods;import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** 描述：     演示sleep不释放lock（lock需要手动释放）*/
public class SleepDontReleaseLock implements Runnable {private static final Lock lock = new ReentrantLock();@Overridepublic void run() {lock.lock();System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "获取到了锁");try {Thread.sleep(5000);System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已经苏醒");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public static void main(String[] args) {SleepDontReleaseLock sleepDontReleaseLock = new SleepDontReleaseLock();new Thread(sleepDontReleaseLock).start();new Thread(sleepDontReleaseLock).start();}
}

执行结果：

线程1在获取到锁之后，进入sleep()休眠中，但是并没有释放锁，直到 lock.unlock() 之后，所才会被释放，其他线程继续执行！

2. sleep响应中断

sleep() 有两种写法：TimeUnit.SECONDS.sleep(1) 、Thread.sleep(1000);

package threadcoreknowledge.threadobjectclasscommonmethods;import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 描述：     每个1秒钟输出当前时间，被中断，观察。* Thread.sleep()* TimeUnit.SECONDS.sleep() 方便开发人员对时间的把控，不需要通过毫秒换算*/
public class SleepInterrupted implements Runnable{public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(new SleepInterrupted());thread.start();Thread.sleep(6500);thread.interrupt();}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(new Date());try {
//                TimeUnit.HOURS.sleep(3);
//                TimeUnit.MINUTES.sleep(25);TimeUnit.SECONDS.sleep(3);} catch (InterruptedException e) {System.out.println("我被中断了！");e.printStackTrace();}}}
}

执行结果：

在 sleep() 期间，如果当前线程调用了 interrupt() 方法，会抛出 InterruptedException 异常来响应中断！

四、join()

作用：因为新的线程加入了我们，所以我们要等他执行完再出发

用法：主线程等待执行 join() 方法加入的子线程

基于 join() 封装的工具类：CountDownLatch 或 CyclicBarrier 类

join 期间主线程处于什么状态：WAITING 状态

代码演示：演示 join，注意语句输出顺序，会变化。

public class Join {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行");Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行完毕");});Thread thread2 = new Thread(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行");Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行完毕");});thread.start();thread2.start();System.out.println("开始等待子线程运行完毕");thread.join();thread2.join();System.out.println("所有子线程执行完毕");}
}

打印结果：

由于使用了join() 方法，主线程会等到子线程都执行完毕，才会继续执行 System.out.println(“所有子线程执行完毕”);

        thread.start();thread2.start();System.out.println("开始等待子线程运行完毕");// thread.join();// thread2.join();System.out.println("所有子线程执行完毕");

如果注释掉 join() 方法，则主线程会先打印出“所有子线程执行完毕”，之后子线程会继续执行，并陆续打印。如下所示

2. join遇到中断

/*******  Join的中断演示*/
public class JoinInterrupted {public static void main(String[] args) {Thread mainThread = Thread.currentThread();Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//中断主线程mainThread.interrupt();Thread.sleep(5000);System.out.println("Thread1 sleep 结束");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("子线程执行完毕");}});thread1.start();System.out.println("等待子线程运行完毕");try {thread1.join();} catch (InterruptedException e) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程被中断");e.printStackTrace();}System.out.println("主线程等待子线程执行完毕");}
}

主线程被 interrupt 中断后，直接跳到最后一句 System.out.println(“主线程等待子线程执行完毕”) ，但是子线程依然在运行，最后打印如下：

明显主线程运行被中断之后，子线程依然在继续执行，“主线程等待子线程执行完毕” 在 “子线程执行完毕” 之前打印，join() 的效果失效。如果要保证 join () 期间被中断时，主线程和子线程的一致性，也需要也将子线程中断掉，这就需要在 catch 到 InterruptedException之后，也要将中断传给子线程：

public class JoinInterrupted {public static void main(String[] args) {Thread mainThread = Thread.currentThread();Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//中断 主线程mainThread.interrupt();Thread.sleep(5000);System.out.println("Thread1 执行完毕");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();System.out.println("子线程中断");}}});thread1.start();System.out.println("等待子线程运行完毕");try {thread1.join();} catch (InterruptedException e) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程被中断");e.printStackTrace();//中断 子线程thread1.interrupt();}System.out.println("子线程运行完毕");}
}

打印结果：

主线程和子线程的 catch 中的逻辑是并行执行的，所以不能保证哪个最先停止运行。

3.在 join()期间，线程是什么状态

主线程是 WAITING 状态，而调用 join() 方法的子线程是 Runnable 状态。

代码演示：

/*******  先join，再mainThread.getState();*  通过debug，看线程状态*/
public class JoinThreadState {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread mainThread = Thread.currentThread();Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(3000);//查看主线程状态System.out.println(mainThread.getState());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread.start();System.out.println("子线程启动");thread.join();System.out.println("子线程运行完毕");}
}

打印结果：

3. join 源码

如果调用了wait()，那么他不应该被notify()唤醒吗？但是没有在join()方法里面看到notify？？？？

Thread类是 Object的一个特殊的子类，每个Thread实例运行完毕之后，都会执行一次notify()的操作！！！

从 join() 的源码可以看出，thread.join() 相当于以下代码：

//等价代码实现join()
synchronized (thread){thread.wait();
}

五、yield

作用：释放当前线程的 CPU 时间片；让当前处于运行状态的线程退回到可运行状态，让出抢占资源的机会，但是它的状态依然是 Runnable。

定位：JVM 不保证遵循yield的规则，如果cpu资源充足的话，可能yield不生效。和 join 相反，join 是别人插队进来了，yield 是线程让出位置。

yield 和 sleep 区别：yield只是暂时让出cpu，由于当前线程还是 Runnable，并没有阻塞，所以随时可能再次被调度；sleep期间，线程调度器认为它已经被阻塞了，不会去调度它。

六、课后测验：

1. 为什么wait/notify/notifyAll被定义在Object类中,而sleep定义在Thread类中

因为java中每个对象都有一把称之为monitor监控器的锁，每个对象头中有一个用来保存锁信息的位置，所以每个对象都可以上锁，这个锁是对象级别的，而非线程级别的，wait/notify/notifyAll也都是锁级别的操作，他们的锁属于对象，所以把他们定义在Object类中最合适，因为Object类是所有对象的父类。

而如果把 wait/notify/notifyAll 方法定义在Thread类中，会带来很大的局限性，比如一个线程可能持有多把锁，以便实现相互配合的复杂逻辑，假设此时wait方法定义到Thread类中，如何实现让一个线程持有多把锁呢？又如何明确线程等待的是那把锁呢？既然我们是让当前线程去等待某个对象的锁，自然应该通过操作对象来实现，而不是操作线程。

对于sleep为什么被定义在Thread中，我们只要从sleep方法的作用来看就知道了，sleep的作用是：让线程在预期的时间内执行，其他时候不要来占用CPU资源。从上面的话术中，便可以理解为sleep是属于线程级别的，它是为了让线程在限定的时间后去执行，由线程控制。

2. wait/notify和sleep方法的异同

相同点
1.他们都可以让线程阻塞
2.它们都可以响应interrupt中断：在等待的过程中如果收到中断信号，都可以进行响应，
并抛出InterruptedException
不同点
1.wait方法必须在synchronized保护的代码中使用，而sleep方法并没有这个要求
2.在同步代码中执行sleep方法时，并不会释放monitor锁，但执行wait方法时会主动释放monitor锁
3.sleep方法中要求必须定义一个时间，时间到期后会主动恢复，而对于没有time参数的 wait() 方法而言，意味着永久等待，直到被中断或者唤醒才能恢复，他并不会主动恢复.
4.wait/notify是Object方法，而sleep是Thread类的方法

3. wait方法是属于Object对象的，那调用Thread.wait会怎么样？

Thread也是个对象，这样调用也没有问题，但是Thread是个特殊的对象，线程退出的时候会自动执行notify，这样会是我们设计的流程受到干扰，所以我们一般不这么用。

4. 代码练习：wait/notify 实现生产者消费者模式

（1）为什么要使用生产者和消费者模式？

在线程的世界中，生产者就是生产一些数据，而消费者就是把这些数据消费使用，但是他们的速度很可能就是不一致的，有的时候是生产者快有的时候生产者慢而消费者快，就需要有个设计模式去解决这个问题，而不至于一个过快一个过慢，于是就诞生了生产者消费者模式，这个设计模式实际上把生产方和消费方进行了解耦，从而达到更加流畅的配合。

（2）能解决什么问题？

能解决生产过快消费不足或者生产不足消费过快的问题，而且能让生产方和消费方之间解耦。

（3）代码演示

定义一个数据容器： 用于存储生产出的数据，并定义该容器的两个方法：生产数据的put方法和消费数据的take方法。

put方法逻辑：在方法中使用 synchronized 代码块加同步锁，防止出现线程安全问题。在 synchronized 代码块中，如果storage队列满了，就调用 wait() 等待，不再生产数据。代码块的末尾加上notify()调用，表示每次 put 数据，都要唤醒一下消费者端的线程。

take方法逻辑：同样使用 synchronized 代码块，在代码块中，如果队列为空，就调用 wait() 等待，末尾也同样加上notify()调用，表示每次消费都唤醒一下生产端的线程。

为什么使用notify()调用：

如果生产者生产过快时，storage会处于满的状态，这时候不再生产数据处于等待状态，消费者那边会消费数据，消费完最后会调用notify方法唤醒生产者继续生产数据。
如果消费者消费过快时，storage会处于空的状态，这时候消费者这边检查到没有数据消费就处于等待状态，生产者那边生产出一条数据后会唤醒消费者继续消费数据。

// 数据容器:用于存储生产出的数据，并定义该容器的两个方法：生产数据的put方法和消费数据的take方法。
class EventStorage {private int maxSize;private LinkedList<Date> storage;public EventStorage() {maxSize = 10;storage = new LinkedList<>();}//生产产品public synchronized void put() {//如果满了while (storage.size() == maxSize) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//如果没满storage.add(new Date());System.out.println("仓库里有了" + storage.size() + "个产品。");// 每次生产都执行一次唤醒notify();}//消费产品public synchronized void take() {//如果空了while (storage.size() == 0) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//如果没空System.out.println("拿到了" + storage.poll() + "，现在仓库还剩下" + storage.size());// 每次消费都执行一次唤醒notify();}
}
// 生产者类： 用于生产数据，可以看到，生产者中storage用于存储生产出的数据，run方法用于完成生产数据的任务。
class Producer implements Runnable {private EventStorage storage;public Producer(EventStorage storage) {this.storage = storage;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {storage.put();}}
}
// 消费者类： 用于消费数据
class Consumer implements Runnable {private EventStorage storage;public Consumer(EventStorage storage) {this.storage = storage;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {storage.take();}}
}
// 主类： 启动一个线程生产数据，另一个线程消费数据。
public class ProducerConsumerModel {public static void main(String[] args) {EventStorage eventStorage = new EventStorage();Producer producer = new Producer(eventStorage);Consumer consumer = new Consumer(eventStorage);new Thread(producer).start();new Thread(consumer).start();}
}

打印结果：

5. 代码练习：实现两个线程交替打印 0~100 的奇偶数

问题描述：有两个线程，一个线程只打印奇数，一个线程只打印偶数，而且要按照顺序打印，就是说要按照这样的方式打印：

偶线程：0
奇线程：1
偶线程：2
奇线程：3
…

（1）使用synchronized关键字实现

分析：

创建两个线程，一个线程处理偶数，一个线程处理奇数
两个线程之间通过synchronized进行同步，保证count++每次只有一个线程进行操作
为什么两个线程能交替执行，这里很巧的是count从0123自增过程就是一个奇偶数交替的过程，实际上两个线程都是在不停的尝试（while循环）进入synchronized代码块，如果满足相对应的条件（偶数或是奇数）就打印输出。

代码展示：

public class WaitNotifyPrintOddEvenSyn {private static int count;private static final Object lock = new Object();/*** 新建2个线程，第一个只处理偶数，第二个只处理奇数（用位运算）；用synchronized来通信*/public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {while (count < 100) {synchronized (lock) {if ((count & 1) == 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count++);}}}}, "偶线程").start();new Thread(() -> {while (count < 100) {synchronized (lock) {if ((count & 1) == 1) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count++);}}}}, "奇线程").start();}
}

打印结果：

(2) 方案二：使用wait/notify关键字（推荐）

分析：

偶数线程拿到锁打印输出同时count++，然后进行休眠，因为wait()方法的特性，休眠的同时会释放monitor锁，奇数线程就可以进来了，进来后打印输出，同时notify唤醒偶数线程继续下一轮，奇数线程往下执行wait方法休眠，就这样，偶数线程唤醒奇数线程，奇数线程唤醒偶数线程，直到满足count<100条件后，线程不再休眠，直接退出程序。
这个要点一个在于wait/notify的等待唤醒机制，一个在于wait()方法的特性，休眠后会释放锁。
这种方式和上面那种方式不同点在于，这种方式是被动唤醒的机制，而上面那个是线程不断重试的机制（一直while重试，直到满足条件就打印，有些浪费资源），很明显这种方式优于上面那种！

public class WaitNotifyPrintOddEveWait {private static int count = 0;private static final Object lock = new Object();public static void main(String[] args) {new Thread(new TurningRunner(), "偶线程").start();new Thread(new TurningRunner(), "奇线程").start();}/*** 1. 拿到锁，立刻打印* 2. 打印完，唤醒其他线程，自己就休眠*/static class TurningRunner implements Runnable {@Overridepublic void run() {while (count < 100) {synchronized (lock) {//拿到锁就打印System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + count++);lock.notify();if (count < 100) {try {//如果任务还没结束，就让出当前的锁，并休眠lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}}}
}

文章来源：wait，notify，notifyAll，sleep，join等线程方法的全方位演练