Java数组中wait的使用方法
在Java多线程编程中，wait()方法是实现线程间协作的重要工具，它通常与synchronized关键字结合使用，用于让当前线程等待，直到其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒它，虽然wait()方法本身并不直接操作数组，但在处理数组数据的多线程场景中，wait()和notify()机制常用于实现线程安全的数组操作，例如生产者-消费者模型、资源同步等，本文将详细介绍wait()方法的使用场景、注意事项及在数组操作中的典型应用。
wait()方法的基本概念
wait()方法是Object类的一个成员方法，因此所有Java对象（包括数组）都可以调用它，当线程调用某个对象的wait()方法时，它会释放该对象的锁，并进入等待状态，直到其他线程调用同一对象的notify()或notifyAll()方法。wait()方法通常有三种重载形式：
wait()：无参数，表示无限期等待，直到被唤醒。wait(long timeout)：指定等待时间（毫秒），超时后自动唤醒。wait(long timeout, int nanos)：更精确的超时控制，纳秒级补充。
需要注意的是，wait()方法必须在synchronized代码块或方法中调用，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常，这是因为wait()和notify()的操作依赖于对象的内置锁（监视器）。
wait()在数组操作中的典型场景
在多线程环境下，数组可能被多个线程同时访问，若缺乏同步机制，会导致数据不一致或线程安全问题。wait()和notify()机制可以有效解决这一问题，以下是几种常见的应用场景：
生产者-消费者模型
假设有一个固定长度的数组作为缓冲区，生产者线程向数组中添加数据，消费者线程从数组中取出数据，当数组已满时，生产者需要等待；当数组为空时，消费者需要等待，以下是简化代码示例：
public class ArrayBuffer {
private final int[] buffer = new int[10];
private int count = 0;
private final Object lock = new Object();
public void produce(int item) throws InterruptedException {
synchronized (lock) {
while (count == buffer.length) {
lock.wait(); // 数组已满，生产者等待
}
buffer[count++] = item;
lock.notifyAll(); // 唤醒消费者
}
}
public int consume() throws InterruptedException {
synchronized (lock) {
while (count == 0) {
lock.wait(); // 数组为空，消费者等待
}
int item = buffer[--count];
lock.notifyAll(); // 唤醒生产者
return item;
}
}
}
在上述代码中，生产者和消费者通过共享的lock对象实现同步，当数组满时，生产者调用wait()进入等待状态；当数组有空间时，消费者调用notifyAll()唤醒生产者，反之亦然。
数组数据的批量处理
在某些场景下，主线程需要等待工作线程完成对数组的处理后再继续执行，主线程将任务分配到数组中，工作线程逐个处理任务，处理完成后通知主线程，示例代码如下：
public class ArrayProcessor {
private final int[] tasks;
private volatile boolean processed = false;
public ArrayProcessor(int[] tasks) {
this.tasks = tasks;
}
public void processByWorker() {
synchronized (this) {
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < tasks.length; i++) {
tasks[i] *= 2; // 模拟任务处理
}
processed = true;
notifyAll(); // 通知主线程处理完成
}).start();
}
}
public void waitForCompletion() throws InterruptedException {
synchronized (this) {
while (!processed) {
wait(); // 主线程等待
}
}
}
}
主线程调用waitForCompletion()时，若工作线程未完成处理，主线程会进入等待状态；工作线程处理完成后调用notifyAll()唤醒主线程。
使用wait()的注意事项
- 必须在synchronized环境中调用：
wait()和notify()的操作必须基于同一对象的锁，否则会抛出异常。 - 使用while循环而非if判断：在等待条件中，应使用
while循环检查条件是否满足，而不是if语句，这是因为在多线程环境下，线程被唤醒后，条件可能已被其他线程改变，需要重新检查。 - 避免虚假唤醒：Java规范允许线程在没有被
notify()的情况下被唤醒（称为“虚假唤醒”），因此必须通过循环条件确保线程仅在真正满足条件时继续执行。 - 异常处理：
wait()方法会抛出InterruptedException，调用者需要处理该异常，通常选择捕获并重新设置线程的中断状态。
wait()与notify()的选择
在多线程协作中，notify()和notifyAll()的选择会影响程序的性能和正确性：
- notify()：随机唤醒一个等待线程，适用于只有一个等待线程或所有等待线程处理相同逻辑的场景。
- notifyAll()：唤醒所有等待线程，适用于多个线程等待不同条件的情况，但可能会引发不必要的上下文切换，降低性能。
在数组操作中，若生产者和消费者是固定的，可以使用notify()；若存在多种等待线程（如生产者、消费者、监控线程等），则应使用notifyAll()。
替代方案：Condition接口
除了wait()和notify()，Java还提供了java.util.concurrent.locks包下的Condition接口，它提供了更灵活的线程等待/唤醒机制。Condition支持多个等待队列，可以更精确地控制线程的唤醒，以下是使用Condition改写的生产者-消费者模型：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ConditionBuffer {
private final int[] buffer = new int[10];
private int count = 0;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition notFull = lock.newCondition();
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
public void produce(int item) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == buffer.length) {
notFull.await(); // 数组满，等待
}
buffer[count++] = item;
notEmpty.signal(); // 通知消费者
} finally {
lock.unlock();
}
}
public int consume() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0) {
notEmpty.await(); // 数组空，等待
}
int item = buffer[--count];
notFull.signal(); // 通知生产者
return item;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
Condition接口的优势在于可以区分不同的等待条件（如数组满和数组空），避免notifyAll()唤醒无关线程，提高效率。
wait()方法是Java多线程编程中实现线程协作的核心工具之一，尤其在数组操作的多线程场景中，它能够有效解决资源竞争和同步问题，通过合理使用wait()和notify()（或Condition接口），可以构建高效、线程安全的数组操作逻辑，但在使用时，必须严格遵守同步规则，避免死锁、虚假唤醒等问题，并结合具体场景选择合适的唤醒机制，掌握wait()的使用方法,是提升Java多线程编程能力的重要一步。
