Java wait/notify 經典範例：駕駛與乘客協作模擬

前言

Object.wait()、notify()、notifyAll() 是 Java 線程協作的基礎原語，必須在 synchronized 區塊/方法中調用。本範例模擬「駕駛等待乘客、乘客上車通知駕駛」場景，展示基本同步協作流程。

程式碼結構

public class Road {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        new Thread(new Driver(car)).start();
        new Thread(new Passenger(car)).start();
    }
}

class Car {
    synchronized public void waitForPassenger() {
        try { wait(); } catch (InterruptedException e) {}
    }
    synchronized public void passengerArrived() {
        notify(); // 喚醒單一等待線程 (此處只有駕駛)
    }
}

class Driver implements Runnable {
    private Car car;
    public Driver(Car c) { this.car = c; }
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("駕駛等待乘客......");
            car.waitForPassenger(); // 釋放鎖進入 WAITING
            try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) {}
            Thread.yield();
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
            car.passengerArrived(); // 模擬駕駛完成行程後通知下一輪? (邏輯略顯混淆)
            System.out.println("乘客上車，駕駛出發");
        }
    }
}

class Passenger implements Runnable {
    private Car car;
    public Passenger(Car c) { this.car = c; }
    public void run() {
        while (true) {
            Thread.yield();
            try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println("一位乘客上車");
            car.passengerArrived(); // 通知駕駛
            System.out.println("駕駛停止等待，進入休眠...");
            car.waitForPassenger(); // 乘客也進入等待? (邏輯混淆)
        }
    }
}

關鍵點解析

• 同步前提：wait/notify 必須在同一物件鎖 (Car 實例) 的 synchronized 方法中調用。
• wait()：釋放鎖，線程進入 WAITING 狀態，直到被 notify/notifyAll 喚醒或中斷。
• notify()：喚醒單一在該鎖上等待的線程 (若多個則任選一)；喚醒後需重新獲得鎖才能繼續執行。
• notifyAll()：喚醒所有等待線程，避免「信號丟失」導致部分餓死。

範例邏輯缺陷與改進

原範例中駕駛與乘客雙方都呼叫 wait/notify，職責不清，易產生活鎖或邏輯混淆。標準生產者-消費者模型應為：

class Car {
    private boolean hasPassenger = false;
    synchronized public void waitForPassenger() {
        while (!hasPassenger) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} }
        hasPassenger = false; // 乘客已上車，重置狀態
    }
    synchronized public void passengerArrived() {
        hasPassenger = true;
        notify(); // 或 notifyAll()
    }
}
// Driver 呼叫 waitForPassenger() 循環載客
// Passenger 呼叫 passengerArrived() 送客

最佳實務建議

1. 優先使用 java.util.concurrent 高層組件 (BlockingQueue、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、Lock/Condition) 替代底層 wait/notify。
2. wait() 必須放在 while (condition) 循環中，防止虛假喚醒。
3. 使用 notifyAll() 除非確定單一等待者且效能極度敏感。
4. 同步區塊盡量精簡，避免在鎖內執行耗時操作 (I/O、sleep)。