面试知识点：notify是随机唤醒线程吗（唤醒线程顺序）？

做 Java 开发的小伙伴，对 wait 方法和 notify 方法应该都比较熟悉，这两个方法在线程通讯中使用的频率非常高，但对于 notify 方法的唤醒顺序，有很多小伙伴的理解都是错误的，有很多人会认为 notify 是随机唤醒的，但它真的是随机唤醒的吗？

带着这个疑问，我们尝试休眠 100 个线程，再唤醒 100 个线程，并把线程休眠和唤醒的顺序保持到两个集合中，最后再打印一下这两个集合，看一下它们的执行顺序，如果它们的顺序是一致的，那说明 notify 是顺序唤醒的，否则则是随机唤醒的，notify 测试代码如下：

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class NotifyTest {
    //等待列表, 用来记录等待的顺序
    private static List<String> waitList = new LinkedList<>();
    //唤醒列表, 用来唤醒的顺序
    private static List<String> notifyList = new LinkedList<>();

    private static Object lock = new Object();


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{

        //创建50个线程
        for(int i=0;i<50;i++){
            String threadName = Integer.toString(i);
            new Thread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    String cthreadName = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println("线程 ["+cthreadName+"] 正在等待.");
                    waitList.add(cthreadName);
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("线程 ["+cthreadName+"] 被唤醒了.");
                    notifyList.add(cthreadName);
                }
            },threadName).start();

        }

        for(int i=0;i<50;i++){
            synchronized (lock) {
                lock.notify();
            }
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
        }
        System.out.println("wait顺序:"+waitList.toString());
        System.out.println("唤醒顺序:"+notifyList.toString());
    }
}

执行结果如下：

wait顺序:[0, 2, 3, 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 47, 46, 48, 49]
唤醒顺序:[0, 2, 3, 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 47, 46, 48, 49]

从上述打印的结果我们可以看出，使用 notify 并不是随机唤醒的，而是顺序唤醒的，虽然以上代码能证明这个结论，但为了更清楚的解释这个问题，我们查看了 notify 的实现源码，它的源码内容如下：

    /**
     * Wakes up a single thread that is waiting on this object's
     * monitor. If any threads are waiting on this object, one of them
     * is chosen to be awakened. The choice is arbitrary and occurs at
     * the discretion of the implementation. A thread waits on an object's
     * monitor by calling one of the {@code wait} methods.
     * <p>
     * The awakened thread will not be able to proceed until the current
     * thread relinquishes the lock on this object. The awakened thread will
     * compete in the usual manner with any other threads that might be
     * actively competing to synchronize on this object; for example, the
     * awakened thread enjoys no reliable privilege or disadvantage in being
     * the next thread to lock this object.
     * <p>
     * This method should only be called by a thread that is the owner
     * of this object's monitor. A thread becomes the owner of the
     * object's monitor in one of three ways:
     * <ul>
     * <li>By executing a synchronized instance method of that object.
     * <li>By executing the body of a {@code synchronized} statement
     *     that synchronizes on the object.
     * <li>For objects of type {@code Class,} by executing a
     *     synchronized static method of that class.
     * </ul>
     * <p>
     * Only one thread at a time can own an object's monitor.
     *
     * @throws  IllegalMonitorStateException  if the current thread is not
     *               the owner of this object's monitor.
     * @see        java.lang.Object#notifyAll()
     * @see        java.lang.Object#wait()
     */
    public final native void notify();

简单翻译一下上面的重点内容，notify 选择唤醒的线程是任意的，但具体的实现还要依赖于 JVM。也就是说 notify 的唤醒规则，最终取决于 JVM 厂商，不同的厂商的实现可能是不同的，比如阿里的 JVM 和 Oracle 的 JVM，关于 notify 的唤醒规则可能是不一样的。

那作为一个普通的程序员我们要研究的就是官方的 JVM 也就是 HotSpot 虚拟机，它的 notify 实现源码在 ObjectMonitor.cpp 中，具体源码如下：

DequeueWaiter 方法实现的源码如下：

从上述源码可以看出，在进行唤醒时，每次会从 _WaitSet 等待集合中获取第一个元素进行出队操作，这也说明了 notify 是顺序唤醒的。

总结

notify 唤醒线程的规则是随机唤醒还是顺序唤醒取决于 JVM 的具体实现，作为主流的 HotSpot 虚拟机中的 notify 的唤醒规则是顺序的，也就是 notify 会按照线程的休眠顺序，依次唤醒线程。

重量级锁（Monitor）的加锁和解锁流程？解锁是有顺序的吗？

重量级锁 MonitorObject 对象有 4 个属性，分别是：

_owner：当前锁的持有线程
_cxq：竞争栈
_entryList：一个队列
_waitSet：

在 Monitor 内部中，主要有四部分组成，分别是 owner、cxq、EntryList 和 waitSet。

1、其中 owner 表示当前所的持有者，记录是哪一个线程获取了当前锁；

2、cxq 是一个栈结构，EntryList 是一个队列结构，这两部分一起完成了当发生锁竞争时，记录线程的阻塞状态；

3、waitSet 是一个集合结构，当线程执行 wait 方法后会将当前线程存入到 waitSet 集合中进入等待状态，只有当执行 notify 或者 notifyAll 时才会唤醒 waitSet 中的相关线程。

从 waitSet中唤醒的线程并不会马上获取锁，而是会和其他线程一样进行锁的竞争操作。

_entryList和_cxq是锁的等待队列，_waitSet是调用了wait()方法的线程队列

加锁流程：

当线程 t1、t2、t3 一起获取一个重量级锁时，获取的时间顺序分别是 t1、t2 和 t3。

1、因为是线程 t1 首先到达，所以 t1 会获取成功， MonitorObject 的 _owner 会从 nullptr 变成 t1，线程 t1 的 markword 对象存储 MonitorObject 的地址引用并将最后两位标记为 10，表示重量级锁。此时线程 t2 和 t3 肯定获取锁失败。

2、线程 t2，t3 开获取失败后悔开始进行自旋操作【jdk1.6 以后固定自旋就弃用了】，首先预自旋 11 次，获取锁失败之后会自适应自旋，首先自旋 5000 次。在自旋期间若线程 t1 释放锁了，此时线程 t2 和 t3 会一起去抢占锁，若没有释放就会进入 _cxq 竞争栈中。这段时间还是抢占式的。

3、若第二步获取锁失败了，就会进入一个叫做 enterI 的方法，尝试获取 _owner ，失败之后会陷入自旋，较上次自旋次数少 200 次，若自旋期间获取成功就成功拿到锁了，这段时间还是抢占式的。

4、若第 3 步中还是获取失败了那么线程就会在 _cxq 中陷入阻塞状态了（park），直到 _owner 被释放才会被唤醒。从这里开始就是非抢占式的了。靠后竞争锁的线程会优先获取到锁。

从加锁解锁流程可以看出，线程会先进入 cxq ，当 owner 释放后才会将 cxq 中的唤醒进入 EntryList 队列，然后再获取锁。

其实这么做的主要目的是为了防止出现 ABA 问题

相关视频：【Java必备知识】为锁正名-第9集-重量级锁阻塞队列为何分成cxq和EntryList_哔哩哔哩_bilibili

解锁流程：

当线程 t1 释放锁之后，就会将 _owner 设置成 nullptr。此时会根据 _cxq 和 _entryList 的状态做出不同的操作。

1、当_cxq 和 _entryList 都为空时直接返回，释放成功。

2、当 _cxq 不为空时，就会将 _cxq 中所有的节点移动到 _entryList 中，_cxq 按照后进先出的原则，之后进入 _cxq 的会先进入 _entryList。

3、当 _entryList 不为空时，使用 unpark 方法从队列头结点开始唤醒，然后返回。

所以说，根据上面的加锁流程，当 t1 释放锁之后，进入 _cxq 的顺序是先 t2 后 t3，所以离开 _cxq 进入 _entryList 的顺序是先 t3 后 t2。故在 t2 和 t3 中，t3 会先获得锁。

解锁是有序的验证

查看下列代码

 private static Object obj = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1 获取锁");
            synchronized (obj) {
                try {
                    System.in.read();
                    System.out.println("t1 释放");
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }).start();

        Thread.sleep(100);
        new Thread(() ->{
            synchronized (obj){
                System.out.println("t2 获取");
            }
        }).start();

        Thread.sleep(100);
        new Thread(() ->{
            synchronized (obj){
                System.out.println("t3 获取");
            }
        }).start();

        Thread.sleep(100);
        new Thread(() ->{
            synchronized (obj){
                System.out.println("t4 获取");
            }
        }).start();

    }

运行结果如下（运行多次结果都是一样的）：从结果可以看出，当线程 t1 释放锁后，越靠后竞争锁的线程或优先抢占到锁。这就是上面加锁流程中第 4 步的体现。

t1 获取锁

t1 释放
t4 获取
t3 获取
t2 获取

Process finished with exit code 0

notify

notify()随机唤醒一个处在等待状态的线程
notifyAll()唤醒所有处在等待状态的线程
方法notify()也要在同步方法或同步块中调用，该方法是用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其它线程，对其发出通知notify，并使它们重新获取该对象的对象锁。
如果有多个线程等待，则有线程调度器随机挑选出一个呈 wait 状态的线程。(并没有 "先来后到") 在notify()方法后，当前线程不会马上释放该对象锁，要等到执行notify()方法的线程将程序执行完，也就是退出同步代码块之后才会释放对象锁。

唤醒和阻塞具体的使用

package thread.wait_notify;
 
public class waitDemo {
    private static class WaitTask implements Runnable{
        private Object lock;
        public WaitTask(Object lock){
            this.lock=lock;
        }
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "准备进入等待状态");
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "等待结束,线程继续执行");
            }
        }
    }
    private static class Notify implements Runnable{
        private Object lock;
        public Notify(Object lock){
            this.lock=lock;
        }
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock){
                System.out.println("准备唤醒等待线程");
                //随机唤醒一个等待线程
                lock.notify();
                System.out.println("唤醒结束");
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Object lock=new Object();
            Thread t1=new Thread(new WaitTask(lock),"t1");
            Thread t2=new Thread(new WaitTask(lock),"t2");
            Thread t3=new Thread(new WaitTask(lock),"t3");
            Thread notify=new Thread(new Notify(lock),"notify");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
            Thread.sleep(100);
            notify.start();
    }
}

注意点

必须搭配synchroized使用，不然会直接报错

背后工作原理解析

如果是调用notifyAll，就会将这三个线程都放入阻塞队列，然后进行竞争锁资源
一定要明确锁的资源是谁，引起的竞争的必须是线程调用的锁的对象一定是要一样的，如果竞争的不是同一个锁，那么就不会进入同一个阻塞队列
只有唤醒线程执行完毕，才会有阻塞队列线程的执行
阻塞队列怎么理解，比如当前t1线程获得了锁资源，那么t2,t3如果想竞争这个锁，就得处于阻塞队列，当t1线程调用了wait方法，释放了锁资源，那么t2和t3就会去竞争锁资源，然后其中获得一个，依次类推，当三个线程都处于等待队列，当调用了notify线程，等待队列其中一个进入阻塞队列，但是阻塞队列就算只有一个线程，也不会立即得到锁，因为notify线程也会占用锁，必须等notify线程结束，释放锁

wait和sleep的区别

其实理论上 wait 和 sleep 完全是没有可比性的，因为一个是用于线程之间的通信的，一个是让线程阻塞一段时间，唯一的相同点就是都可以让线程放弃执行一段时间
如果有共性就先介绍共性，如果没有，分别介绍即可
wait方法是Object类提供的方法，需要搭配synchroized锁来使用，调用wait方法会释放锁，等待线程会被其他线程唤醒或者超时自动唤醒，唤醒之后需要再次竞争synchronized锁才能继续执行
sleep是Thread类提供的方法（不一定要搭配synchronized使用），调用sleep方法进入TIMED_WAITING状态，如果占用锁也不会释放锁，时间到了自动唤醒

为什么线程通信的方法 wait(), notify()和 notifyAll()被定义在 Object 类里

因为Java所有类的都继承了Object，Java想让任何对象都可以作为锁，并且 wait()，notify()等方法用于等待对象的锁或者唤醒线程，在 Java 的线程中并没有可供任何对象使用的锁，所以任意对象调用方法一定定义在Object类中。

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

当一个线程需要调用对象的 wait()方法的时候，这个线程必须拥有该对象的锁，接着它就会释放这个对象锁并进入等待状态（等待队列）直到其他线程调用这个对象上的 notify()方法。同样的，当一个线程需要调用对象的 notify()方法时，它会释放这个对象的锁（在执行完锁的代码内容），以便其他在等待的线程就可以得到这个对象锁。由于所有的这些方法都需要线程持有对象的锁，这样就只能通过同步来实现，所以他们只能在同步方法或者同步块中被调用。