Java 線程通訊機制詳解：synchronized、輪詢與 wait/notify 核心模式

線程通訊的本質

多線程協作需解決：「線程間如何傳遞信號/數據」與「如何協調執行順序」。Java 提供三種層層遞進的機制。

1. synchronized 同步鎖（共享內存模式）

多線程持有同一物件鎖，透過鎖的互斥性實現隱式通訊：

public class MyObject {
    synchronized public void methodA() { /*...*/ }
    synchronized public void methodB() { /*...*/ }
}
// ThreadA 呼叫 methodA(), ThreadB 呼叫 methodB()
// 同一物件鎖下，B 必須等 A 釋放鎖才能執行

本質：共享變量 + 鎖同步。簡單但靈活性低，難以表達複雜協作條件。

2. while 輪詢（主動檢查模式）

線程 B 不斷迴圈檢查條件（如 list.size() == 5），條件滿足則行動：

while (true) {
    if (list.size() == 5) { /* 行動 */ break; }
}

缺點：佔用 CPU 空轉（「忙等待」），浪費資源；響應有延遲。

3. wait/notify 機制（標準協作模式）

Object 基礎方法，配合 synchronized 使用：

• wait()：釋放鎖，進入等待集合，阻塞直到被喚醒或超時。
• notify()：喚醒一個等待線程，重新競爭鎖。
• notifyAll()：喚醒所有等待線程。

經典生產者-消費者範例

// 共享鎖物件
Object lock = new Object();

// 消費者線程
synchronized (lock) {
    while (list.size() != 5) { // 必須用 while 防止虛假喚醒
        lock.wait(); // 釋放鎖、阻塞
    }
    // 條件滿足，繼續執行
}

// 生產者線程
synchronized (lock) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        list.add("elem");
        if (list.size() == 5) lock.notify(); // 通知消費者
        Thread.sleep(1000);
    }
}

關鍵注意事項

1. 必須在 synchronized 區塊內呼叫wait/notify，否則拋 IllegalMonitorStateException。
2. 用 while 而非 if 檢查條件，防止虛假喚醒。
3. 通知過早問題：若 notify() 先於 wait() 執行，信號丟失，wait() 永久阻塞。解決：引入狀態標誌或改用 Condition / CountDownLatch 等高階工具。