Java的线程同步与通信：深入理解wait、notify和synchronized

一、引言

在Java编程中，线程同步与通信是实现多线程安全、协调运行的关键机制。通过同步，我们可以确保同一时间只有一个线程访问共享资源，从而避免数据不一致的问题。而通信机制则允许线程之间传递信息，协调各自的执行流程。本文将深入解析Java中的线程同步与通信技术，特别是wait、notify和synchronized等关键概念。

二、线程同步

线程同步是确保多线程环境下数据一致性和正确性的重要手段。在Java中，线程同步主要通过内置锁（也称为监视器锁）来实现。每个Java对象都有一个与之关联的监视器锁，同一时间只有一个线程可以持有该锁。当一个线程进入同步代码块或方法时，它会自动获得该对象的锁，并在退出时释放锁。这样，同一时间只有一个线程可以执行同步代码块或方法中的代码，从而实现对共享资源的互斥访问。

然而，线程同步也会带来一定的性能开销，因为它可能导致线程阻塞和上下文切换。因此，在设计多线程程序时，我们需要权衡同步的需求和性能的影响，以找到最佳的平衡点。

三、wait、notify和notifyAll方法

在Java中，wait、notify和notifyAll是用于线程间通信的重要方法。这些方法必须与synchronized关键字一起使用，因为它们都需要在获取对象锁的前提下进行。

1. wait()方法：当前线程调用某对象的wait()方法时，该线程会释放对象锁并进入等待状态，直到其他线程调用该对象的notify()或notifyAll()方法将其唤醒。wait()方法有两种形式：无参数形式和带超时参数的形式。带超时参数的wait(long timeout)方法允许线程在等待指定时间后自动唤醒。

2. notify()方法：当前线程调用某对象的notify()方法时，会唤醒在该对象上等待的单个线程（如果有的话）。如果有多个线程在等待，那么选择哪个线程被唤醒是由JVM决定的。

3. notifyAll()方法：当前线程调用某对象的notifyAll()方法时，会唤醒在该对象上等待的所有线程。

需要注意的是，wait、notify和notifyAll方法必须在synchronized代码块或方法内部调用，否则会出现IllegalMonitorStateException异常。这是因为这些方法依赖于对象锁来实现线程间的同步和通信。

四、synchronized关键字

synchronized是Java中实现线程同步的关键字。它可以用于修饰方法或代码块，以确保同一时间只有一个线程可以执行该方法或代码块。当一个线程进入synchronized方法或代码块时，它会获得该对象的锁；当线程退出时，它会释放锁。这样，其他线程在尝试进入该方法或代码块时会被阻塞，直到锁被释放。

synchronized关键字还可以用于静态方法和非静态方法。对于静态方法，锁的是该类的Class对象；对于非静态方法，锁的是该方法的所属对象。此外，我们还可以使用synchronized(任意对象)来指定一个任意的对象作为锁。

五、总结

线程同步与通信是Java并发编程的核心内容。通过深入理解wait、notify、synchronized等关键技术的原理和使用方法，我们可以编写出高效、安全的多线程程序。在实际开发中，我们需要根据具体需求选择合适的同步和通信机制，以确保程序的正确性和性能。同时，我们还需要注意避免死锁、活锁等并发问题，以确保程序的稳定性和可靠性。