大家好，我是小米！今天来跟大家聊一个常见但很容易让人迷惑的Java面试题。面试官有时会问：为什么线程通信的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法被定义在 Object 类里？它们为什么必须在同步方法或同步块中被调用？

这两个问题在很多社招面试中都会出现，尤其是对于一些经验较为丰富的开发者来说，理解这些问题不仅能够帮助我们更好地掌握线程间通信，也能更深入理解Java的内存模型和多线程的精髓。接下来，让我们通过一个故事来深入探讨这些问题。

线程通信的故事：小明和小红的任务

想象一下，假设小明和小红是两个程序员，他们在同一个公司里工作。今天，公司交给了他们一个任务：他们需要交替处理一个共享资源（比如说一个文件），但是只能有一个人同时处理这个文件。于是，他们决定采用线程同步的方式来解决这个问题。

为了确保只有一个人能够处理文件，他们用到了“互斥锁”的概念：每当一个人正在处理文件时，另一个人就必须等待。于是小明和小红的工作模式如下：

• 小明：如果他正在处理文件，他就通知小红“你可以开始了”。
• 小红：如果她正在处理文件，她就通知小明“你可以开始了”。

为了让工作能够按计划顺利进行，小明和小红商定了一些规则。这里的“等待”和“通知”机制是非常重要的，保证了两个人的任务交替进行。

但是，问题来了！他们怎么才能保证正确的同步呢？

Java 中的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法

在 Java 中，线程通信就是让一个线程等待，直到其他线程通知它可以继续执行。为了解决小明和小红的问题，Java 提供了 wait()、notify() 和 notifyAll() 这三个方法。

首先，wait() 方法使当前线程进入等待状态，直到被其他线程唤醒。调用 notify() 方法会唤醒一个正在等待的线程，而 notifyAll() 会唤醒所有等待的线程。

这些方法的目的非常简单：让线程间可以协调工作，避免了资源争抢，确保了任务按照预期顺序进行。

为什么 wait()、notify() 和 notifyAll() 被定义在 Object 类中？

回到小明和小红的工作场景，如果我们要让他们的线程能“互相通知”，我们需要确保每个线程都能够“沟通”或者说共享同一个对象。

在 Java 中，每个对象都可以作为“锁”来进行线程同步。而 wait()、notify() 和 notifyAll() 这些方法必须与“锁”的概念紧密结合，因此它们被定义在 Object 类中，因为每个 Java 对象都拥有这个锁，而这些方法正是利用了对象锁来进行线程通信。

想象一下，wait() 就像是小明说的“我还在处理文件，等一下”，notify() 就是小红说的“好了，可以开始了”，它们相互“通知”对方，这种通信方式需要“共用一个资源”才能协调。所以它们是作为 Object 类的一部分，这样所有对象都可以通过 wait() 和 notify() 机制来实现线程间的协作。

wait()、notify() 和 notifyAll() 为什么必须在同步方法或者同步块中被调用？

接下来，我们再来看为什么 wait()、notify() 和 notifyAll() 必须在同步方法或者同步块中被调用。

我们知道，在 Java 中，线程是通过“锁”来实现同步的。每当一个线程持有一个对象的锁时，其他线程就无法访问该对象。因此，如果一个线程需要调用 wait() 或者 notify()，它就必须持有这个对象的锁，才能保证线程的正确协调。

如果我们不在同步方法或同步块中调用这些方法，会发生什么呢？

不加锁的情况下调用 wait() 或 notify() 方法，可能会导致线程之间的协调失效，甚至可能引发程序的死锁。

小明和小红的例子也可以帮助我们理解：如果没有锁的保护，他们可能会在没有同步的情况下“互相通知”，这就像是两个没有时间顺序的人在交换信息，可能导致逻辑上的混乱。因此，Java 强制要求在同步方法或者同步块中使用 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法，以确保线程通信在恰当的时机发生。

如何使用同步方法和同步块？

同步方法和同步块都依赖于对象的锁。我们可以通过 synchronized 关键字来标识同步代码块或方法。

1. 同步方法

同步方法是将整个方法体都加上了同步锁。比如：

在这个例子中，processFile 方法是一个同步方法，当小明或小红在处理文件时，其他线程必须等待。通过 wait() 方法让当前线程进入等待状态，直到被另一个线程调用 notify() 唤醒。

2. 同步块

同步块是将代码块加上同步锁，它可以在方法内部实现局部同步：

这里我们使用 synchronized (this) 来加锁 processFile() 方法中的代码块，这样可以更精细地控制同步，确保 wait() 和 notify() 的正确使用。

wait() 和 notify() 的执行时机和规则

了解了同步的基本概念之后，我们还需要掌握一些细节：

• wait() 调用时，必须持有对象的锁。当调用 wait() 时，当前线程会释放锁并进入阻塞状态，直到有其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 来唤醒它。
• notify() 唤醒一个等待中的线程，如果有多个线程在等待，notify() 只会唤醒其中一个。notifyAll() 则会唤醒所有等待的线程。
• 唤醒的线程会竞争重新获得锁，被唤醒的线程必须重新获得锁才能继续执行。这里的关键点在于，notify() 或 notifyAll() 只唤醒线程，但它们不会直接使线程进入执行状态，线程仍然需要等待锁的释放。

总结

通过小明和小红的工作场景，我们理解了 wait()、notify() 和 notifyAll() 这些方法背后的核心思想——线程之间的协调与通信。它们之所以被定义在 Object 类中，是因为每个对象都有锁，而线程通信是基于这些锁的。至于为什么必须在同步方法或同步块中调用它们，原因在于线程的通信需要确保在持有锁的情况下进行，否则就会导致线程的协调失败，甚至可能产生死锁等问题。

掌握了这些，你就可以轻松应对面试中的多线程相关问题啦！如果你对线程同步、线程池等其他多线程问题有兴趣，也可以随时来找我聊聊哦！

END

以上就是今天的分享，希望能帮助你在面试中脱颖而出！如果你喜欢这篇文章，记得点赞、收藏、转发，和你的朋友们一起分享吧！我们下期见！

我是小米，一个喜欢分享技术的29岁程序员。如果你喜欢我的文章，欢迎关注我的微信公众号“软件求生”，获取更多技术干货！