synchronized&wait&notify

1. 理解 Monitor 监视器模型

在 JVM 中，每个对象都关联着一个监视器，如下图所示。
一个对象实例，拥有头对象信息，里面有 Mark Word，内部有个 monitor 指针，指向外部的 ObjectMonitor 对象（c++编写的），Class Metadata Address 指针，指向类信息对象。
synchronized加锁原理-1.png

ObjectMonitor 对象 有两个两个关键的队列:

入口队列 (Entry Set): 所有试图进入synchronized 同步代码块的线程，如果发现对象的锁已经被占用了，则进入这个队列进行等待。锁被释放的时候，他们会进行竞争。
等待队列 (Wait Set): 当已经获得锁的线程发现执行条件不满足的，他会调用 wait () 方法。这时，该线程会释放锁，并进入这个对象的等待队列，暂停执行。

2. 等待通知示例代码

public class ProducerConsumer {
    private final Object lock = new Object(); // 共享锁对象
    private int count = 0; // 共享资源
    private final int LIMIT = 5; // 资源上限

    // 生产者方法
    public void produce() throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            // 必须用while循环检查条件
            while (count >= LIMIT) {
                System.out.println("缓冲区已满，生产者等待...");
                lock.wait(); // 1. 释放lock锁 2. 进入等待 3. 被唤醒后从这返回
            }
            // 条件满足，生产数据
            count++;
            System.out.println("生产后，当前数量: " + count);
            // 生产完成后，通知消费者（唤醒一个等待的消费者线程）
            lock.notify();
            // lock.notifyAll(); // 在多生产者多消费者场景下更安全
        }
    }

    // 消费者方法
    public void consume() throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            // 必须用while循环检查条件
            while (count <= 0) {
                System.out.println("缓冲区为空，消费者等待...");
                lock.wait(); // 1. 释放lock锁 2. 进入等待 3. 被唤醒后从这返回
            }
            // 条件满足，消费数据
            count--;
            System.out.println("消费后，当前数量: " + count);
            // 消费完成后，通知生产者（唤醒一个等待的生产者线程）
            lock.notify();
            // lock.notifyAll(); // 在多生产者多消费者场景下更安全
        }
    }
}

3. 关键注意事项与最近实践

必须在同步块中调用：这是硬性规定。wait() 和 notify() 的调用必须位于 synchronized 代码块或方法内，且调用它们的对象必须与 synchronized 锁定的对象是同一个，否则会抛出 `IllegalMonitorStateException
始终在循环中检查条件：这是防御虚假唤醒的最佳实践。虚假唤醒是指线程在没有收到明确通知的情况下被唤醒。使用 if 判断可能会导致条件未满足就继续执行，从而引发逻辑错误
notify() 与 notifyAll() 的选择：
- notify()随机唤醒等待队列中的一个线程，效率较高，但风险在于可能唤醒的不是当前所需条件的线程，导致“信号丢失”或某些线程长期“饥饿”
- notifyAll() 会唤醒所有等待的线程，让它们都去竞争锁并重新检查条件。这更安全，但会带来一定的性能开销。在复杂的多条件等待场景下，通常更推荐使用 notifyAll()
考虑使用 java. util. concurrent 工具：对于复杂的并发场景，Java 提供的 java.util.concurrent 包下的高级工具（如 ReentrantLock 及其关联的 Condition 对象）能提供更灵活、更强大的线程通信能力，例如支持多个等待条件队列