為什麼必須在 Java 的同步區塊內呼叫 wait() ？

為什麼wait() 必須駐留在同步區塊中

在同步區塊中強制呼叫Object.wait() 是至關重要的Java 並發模型中的目的。不遵守此限制會導致 IllegalMonitorStateException，但了解此約束背後的基本原理至關重要。

Synchronized Wait() 的原因

wait() 釋放與同步物件關聯的監視器。在呼叫 wait() 之前明確取得監視器可確保在發生等待操作時呼叫執行緒獨佔該監視器。這確保了在調用線程等待時沒有其他線程可以修改共享狀態。

同步區塊之外的 Wait() 的後果

如果 wait() 可以在同步區塊之外調用，可能會導致各種問題。考慮以下場景：

範例：阻塞佇列

想像一個阻塞佇列，讓消費者執行緒從佇列中取得元素，並允許生產者執行緒加入元素到佇列中。沒有同步：

class BlockingQueue {
    Queue<String> buffer = new LinkedList<>();

    void take() throws InterruptedException {
        while (buffer.isEmpty()) {
            // Suspend thread without acquiring the monitor
            wait();
        }
    }
}

潛在問題：

• 競爭條件：生產者線程可以向緩衝區添加元素，但消費者線程可能會錯過notify()調用，因為它已經進入wait()。
• 死鎖：生產者執行緒可能被阻塞等待空緩衝區，而消費者執行緒因以下原因而保持掛起狀態：未註意到的notify()。

一般同步需求

此同步問題不限於阻塞佇列範例。任何涉及使用 wait() 和 notification() 進行執行緒通訊的場景都需要同步，以防止競爭條件和潛在的死鎖。

Waiter 和Notifier 之間的協定

同步wait()確保等待執行緒（消費）和通知執行緒（生產）就共享資源（謂詞）的狀態達成一致。該協議保證服務員在等待之前正確檢查謂詞，並且在該漏洞期間不會錯過任何通知。

在上面的例子中，謂詞是 buffer.isEmpty()。同步確保消費者線程僅在緩衝區真正為空時才掛起自己。

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