Java 線程協作核心：wait/notify/notifyAll 機制詳解與實戰

三大核心方法

• wait()：當前線程釋放對象鎖，進入對象等待隊列，阻塞直至被喚醒或中斷。
• notify()：隨機喚醒對象等待隊列中**一個**線程（優先級高者機率大），喚醒後需重新獲取鎖才能繼續執行。
• notifyAll()：喚醒**所有**等待隊列線程，競爭鎖執行。

關鍵點： 調用前必須持有對象鎖（在 synchronized 塊內），否則拋 IllegalMonitorStateException。

狀態流轉圖解

1. 線程 A 持有鎖，調用 wait() → 釋放鎖，進入 Wait Set。
2. 線程 B 獲取鎖，調用 notify() → 從 Wait Set 移出線程 A，進入 Entry Set 競爭鎖。
3. 線程 B 釋放鎖（退出 synchronized） → 線程 A 獲取鎖 → 繼續執行 wait() 後代碼。

代碼演示：生產者-消費者模型

public class WaitNotifyDemo {
    private static final Object lock = new Object();
    private static boolean hasData = false;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始等待...");
                try { lock.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被喚醒，繼續執行");
            }
        }, "Waiter").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 發送通知");
                lock.notify();
                try { Thread.sleep(10000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 釋放鎖");
            }
        }, "Notifier").start();
    }
}

輸出時間戳分析

1473306408730:Waiter 開始等待...
1473306408731:Notifier 發送通知
1473306418731:Waiter 被喚醒，繼續執行

Waiter 在 Notifier 調用 notify() 後**並未立即執行**，而是等待 Notifier 釋放鎖（睡眠 10 秒後），證明 notify 僅移出等待隊列，不釋放鎖。

最佳實踐

1. 永遠在循環中調用 wait()：while (!condition) lock.wait(); 防止虛假喚醒。
2. 優先使用 notifyAll()：除非確定只有一類等待條件，避免信號丟失導致線程永久阻塞。
3. 鎖對象不可變：使用 final Object lock = new Object(); 專用鎖，避免業務對象鎖衝突。
4. 高併發場景考慮 Condition：ReentrantLock.newCondition() 支持多條件隊列，精準喚醒，性能更優。