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为什么 wait 和 notify 必须在同步块中调用？Java 面试必看！

大家好，我是你们的老朋友闫工！今天咱们要聊一个 Java 多线程编程中的经典问题：为什么wait()和notify()必须在同步块中调用？这是一个面试中经常被问到的问题，也是理解 Java 并发机制的重要知识点。废话不多说，咱们直接进入主题！

1. 故事引入：线程世界的“监狱”与“通风口”

假设你正在编写一个多线程程序，两个线程像一对“双胞胎兄弟”，一个负责生产数据，另一个负责消费数据。为了防止“虚假唤醒”（比如生产者还没准备好数据，消费者就急着去取），你需要使用wait()和notify()来协调它们的工作。

但是，如果你不小心把wait()或notify()调用在同步块之外，程序就会抛出一个IllegalMonitorStateException异常。这让你的程序“死不瞑目”，直接挂掉。那么，为什么这两个方法这么“娇气”呢？

我来给你讲个故事：线程的世界里有一个“监狱”，这个监狱就是同步块（synchronized）。每个线程在进入监狱之前，必须先获得一个钥匙（即锁），否则它就不能进入监狱。而wait()和notify()就是监狱里的两个“通风口”——只有在监狱里的线程才能使用它们。

简单来说，wait()是让当前线程暂时离开监狱的“监房”，去外面的“休息室”（等待队列）里睡一觉；而notify()则是叫醒一个在休息室里的线程，让它回到监房继续工作。但如果你不进入监狱就直接操作这两个通风口，那就会出问题！因为没有钥匙，你根本进不去监狱，自然无法使用里面的设施。

2. 理论基础：Java 内存模型中的“锁”机制

在 Java 中，wait()和notify()是Object 类的方法。它们只能被拥有对象监视器（即锁）的线程调用。换句话说，只有在线程获取了某个对象的锁之后，才能使用这两个方法。

2.1 对象监视器：同步块的“灵魂”

每个 Java 对象都有一个与之关联的监视器（monitor）。当线程进入synchronized同步块时，它就会尝试获得该对象的监视器。如果成功获得锁，线程就可以执行同步块中的代码；否则，它会进入等待状态，直到拿到锁为止。

简单来说，synchronized关键字的作用就是控制对共享资源的访问权限，确保同一时间只有一个线程可以操作这些资源。而wait()和notify()就是这个机制中的两个“开关”，用于在多线程之间进行更精细的协调。

2.2 wait() 和 notify() 的作用

• wait()：让当前线程放弃对对象监视器的所有权，并进入等待状态。它会释放锁，直到被notify()或notifyAll()唤醒。
• notify()：唤醒一个在等待队列中的线程，让它重新竞争锁。

如果没有同步块（即没有获得对象监视器），那么调用wait()或notify()就会导致IllegalMonitorStateException异常。因为这两个方法必须依赖于某个具体的对象监视器，而只有在线程持有该对象的锁时才能使用它们。

3. 实践示例：代码中的“坑”与“避坑指南”

为了更直观地理解这个问题，咱们来看几个实际的代码例子。

3.1 错误示例：在同步块外调用 wait()

publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[]args){Threadt=newThread(()->{// 没有 synchronized 块，直接调用 wait()try{Objectlock=newObject();lock.wait();// 这里会抛出 IllegalMonitorStateException}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}});t.start();}}

运行这个程序，你会看到一个异常：IllegalMonitorStateException。因为lock对象的监视器没有被当前线程持有（即线程没有进入同步块），所以直接调用wait()是不允许的。

3.2 正确示例：在同步块内使用 wait() 和 notify()

publicclassTest{privatestaticObjectlock=newObject();publicstaticvoidmain(String[]args){Threadproducer=newThread(()->{synchronized(lock){// 进入同步块，获得锁System.out.println("生产者开始生产数据...");try{lock.notify();// 唤醒消费者线程lock.wait();// 生产完成后，等待消费者的回应}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}});Threadconsumer=newThread(()->{synchronized(lock){// 进入同步块，获得锁try{System.out.println("消费者开始等待数据...");lock.wait();// 等待生产者的通知System.out.println("收到通知，开始消费数据...");lock.notify();// 通知生产者继续生产}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}});producer.start();consumer.start();}}

这个程序中，两个线程都通过synchronized关键字进入了同步块，并且使用了同一个lock对象作为监视器。这样就确保了wait()和notify()的调用是合法的。

4. 扩展讨论：为什么要有这些限制？

4.1 防止竞争条件（Race Condition）

如果没有同步块的保护，多个线程可能同时操作共享资源，导致数据不一致或程序逻辑出错。wait()和notify()的存在，就是为了帮助开发者更优雅地管理多线程之间的协作。

4.2 确保线程安全

同步块的作用不仅仅是控制并发访问，还为线程提供了“可见性”保证（即一个线程对共享变量的修改会立即被其他线程看到）。而wait()和notify()的使用，必须依赖于这种可见性保证。

5. 总结：闫工的“心灵鸡汤”

通过今天的讲解，希望大家对wait()和notify()的使用有了更深入的理解。记住：它们是同步块中的好帮手，而不是独立的操作工具！只有在线程持有锁的情况下，才能调用这两个方法，否则就会出错。

最后，闫工送大家一句话：“多线程的世界很精彩，但规矩必须记心间！”

如果觉得这篇文章对你有帮助，欢迎点赞、收藏、分享！咱们下期再见，继续探索 Java 的奇妙世界！

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