Java多线程等待的奥秘：5种高效等待方案对比

在Java多线程编程中，线程等待是一个核心概念，也是面试中经常被问到的重点内容。本文将深入探讨Java中的等待机制，特别是Object类的wait()方法，帮助开发者掌握线程间通信的精髓。

一、wait()方法的基本原理

wait()是Java中Object类的一个final方法，它会使当前线程进入等待状态，直到其他线程调用该对象的notify()或notifyAll()方法。wait()方法必须在同步代码块或同步方法中调用，因为它会释放对象锁。

synchronized (obj) {
    while (condition不满足) {
        obj.wait();
    }
    // 执行后续操作
}

二、wait()与sleep()的关键区别

1. 锁的释放：wait()会释放对象锁，而sleep()不会释放任何锁
2. 调用位置：wait()必须在同步上下文中调用，sleep()可以在任何地方调用
3. 唤醒机制：wait()可以被notify()唤醒，sleep()只能等待时间结束
4. 所属类：wait()是Object类的方法，sleep()是Thread类的方法

三、wait()的三种重载形式

1. wait()：无限期等待，直到被通知
2. wait(long timeout)：等待指定毫秒数
3. wait(long timeout, int nanos)：更精确的纳秒级等待

四、生产者-消费者模式实战

下面是一个典型的生产者-消费者示例，展示了wait()和notify()的配合使用：

public class Buffer {
    private Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
    private int capacity;

    public Buffer(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    public synchronized void produce(int item) throws InterruptedException {
        while (queue.size() == capacity) {
            wait();
        }
        queue.add(item);
        notifyAll();
    }

    public synchronized int consume() throws InterruptedException {
        while (queue.isEmpty()) {
            wait();
        }
        int item = queue.remove();
        notifyAll();
        return item;
    }
}

五、Condition接口的高级等待

Java 5引入了Lock框架，提供了更灵活的Condition接口：

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition notFull = lock.newCondition();
Condition notEmpty = lock.newCondition();

// 生产者
lock.lock();
try {
    while (queue.size() == capacity) {
        notFull.await();
    }
    // 生产操作
    notEmpty.signal();
} finally {
    lock.unlock();
}

六、常见问题与解决方案

1. 虚假唤醒：使用while循环而非if判断条件
2. 死锁风险：确保每次wait()都有对应的notify()
3. 性能优化：考虑使用notifyAll()还是notify()
4. 超时处理：合理使用带超时的wait()方法

七、Java 9+的增强

Java 9引入了Thread.onSpinWait()方法，为自旋等待提供了标准API：

while (!condition) {
    Thread.onSpinWait();
}

八、最佳实践总结

1. 总是在循环中检查等待条件
2. 优先使用notifyAll()以避免信号丢失
3. 考虑使用java.util.concurrent包中的高级工具类
4. 为关键等待添加适当的超时机制
5. 在复杂场景下优先使用Condition而非内置锁

通过本文的学习，相信你已经对Java中的等待机制有了全面了解。合理使用wait()和notify()可以构建高效、可靠的多线程应用，但也要注意避免常见的陷阱和反模式。