作者簡介：徐隆曦，滴滴出行高級工程師。
本文選自：拉勾教育專欄《Java 并發(fā)編程 78 講》
你好，我是徐隆曦，今天我們主要探討一個(gè)問題?：??為什么 wait 必須在 synchronized 保護(hù)的同步代碼中使用？
首先，我們來看第一個(gè)問題，為什么 wait 方法必須在 synchronized 保護(hù)的同步代碼中使用？
我們先來看看 wait 方法的源碼注釋是怎么寫的：
上面這段英文的意思是說，在使用 wait 方法時(shí)，必須把 wait 方法寫在 synchronized 保護(hù)的 while 代碼塊中，并始終判斷執(zhí)行條件是否滿足，如果滿足就往下繼續(xù)執(zhí)行，如果不滿足就執(zhí)行 wait 方法，而在執(zhí)行 wait 方法之前，必須先持有對象的 monitor 鎖，也就是通常所說的 synchronized 鎖。那么設(shè)計(jì)成這樣有什么好處呢？
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我們逆向思考這個(gè)問題，如果不要求 wait 方法放在 synchronized 保護(hù)的同步代碼中使用，而是可以隨意調(diào)用，那么就有可能寫出這樣的代碼：
在代碼中可以看到有兩個(gè)方法，give 方法負(fù)責(zé)往 buffer 中添加數(shù)據(jù)，添加完之后執(zhí)行 notify 方法來喚醒之前等待的線程，而 take 方法負(fù)責(zé)檢查整個(gè) buffer 是否為空，如果為空就進(jìn)入等待，如果不為空就取出一個(gè)數(shù)據(jù)，這是典型的生產(chǎn)者消費(fèi)者的思想。
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但是這段代碼并沒有受 synchronized 保護(hù)，于是便有可能發(fā)生以下場景：
首先，消費(fèi)者線程調(diào)用 take 方法并判斷 buffer.isEmpty 方法是否返回 true，若為 true 代表buffer是空的，則線程希望進(jìn)入等待，但是在線程調(diào)用 wait 方法之前，就被調(diào)度器暫停了，所以此時(shí)還沒來得及執(zhí)行 wait 方法。此時(shí)生產(chǎn)者開始運(yùn)行，執(zhí)行了整個(gè) give 方法，它往 buffer 中添加了數(shù)據(jù)，并執(zhí)行了 notify 方法，但 notify 并沒有任何效果，因?yàn)橄M(fèi)者線程的 wait 方法沒來得及執(zhí)行，所以沒有線程在等待被喚醒。此時(shí)，剛才被調(diào)度器暫停的消費(fèi)者線程回來繼續(xù)執(zhí)行 wait 方法并進(jìn)入了等待。雖然剛才消費(fèi)者判斷了 buffer.isEmpty 條件，但真正執(zhí)行 wait 方法時(shí)，之前的buffer.isEmpty 的結(jié)果已經(jīng)過期了，不再符合最新的場景了，因?yàn)檫@里的“判斷-執(zhí)行”不是一個(gè)原子操作，它在中間被打斷了，是線程不安全的。
假設(shè)這時(shí)沒有更多的生產(chǎn)者進(jìn)行生產(chǎn)，消費(fèi)者便有可能陷入無窮無盡的等待，因?yàn)樗e(cuò)過了剛才 give 方法內(nèi)的 notify 的喚醒。
我們看到正是因?yàn)?wait 方法所在的 take 方法沒有被 synchronized 保護(hù)，所以它的 while 判斷和 wait 方法無法構(gòu)成原子操作，那么此時(shí)整個(gè)程序就很容易出錯(cuò)。
我們把代碼改寫成源碼注釋所要求的被 synchronized 保護(hù)的同步代碼塊的形式，代碼如下：
這樣就可以確保 notify 方法永遠(yuǎn)不會(huì)在 buffer.isEmpty 和 wait 方法之間被調(diào)用，提升了程序的安全性。
另外，wait 方法會(huì)釋放monitor鎖，這也要求我們必須首先進(jìn)入到 synchronized 內(nèi)持有這把鎖。
這里還存在一個(gè)“虛假喚醒”（spurious wakeup）的問題，線程可能在既沒有被notify/notifyAll，也沒有被中斷或者超時(shí)的情況下被喚醒，這種喚醒是我們不希望看到的。雖然在實(shí)際生產(chǎn)中，虛假喚醒發(fā)生的概率很小，但是程序依然需要保證在發(fā)生虛假喚醒的時(shí)候的正確性，所以就需要采用while循環(huán)的結(jié)構(gòu)：
這樣即便被虛假喚醒了，也會(huì)再次檢查while里面的條件，如果不滿足條件，就會(huì)繼續(xù)wait，也就消除了虛假喚醒的風(fēng)險(xiǎn)。
好了，本次的內(nèi)容講完了，下一課時(shí)我將講解“有哪幾種實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式的方法？”記得按時(shí)來學(xué)習(xí)哦，下次見。
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