为什么wait和notify必须在同步方法或同步块中调用

本文翻译自：http://javarevisited.blogspot.jp/2011/05/wait-notify-and-notifyall-in-java.html

背景

大多数Java开发者都知道Object类中的wait,notify和notifyAll方法必须在同步方法或同步块中调用，但我们又有谁思考过为什么呢？最近我一个朋友在面试中被问道了该问题。他思考了一会说：如果我们不在同步上下文中调用这些方法我们就会收到IllegalMonitorStateException异常。他的回答在Java语言层面是没有问题的，但是面试官对这个回答并不完全满意，并希望他能对此做出更多解释。在面试结束后，他和我讨论这个问题。我想他应该告诉面试官Java中关于wait和notify之间的竞态条件，如果我们不在同步方法或同步块中调用这些方法竞态条件也可以出现。让我们看看它如何在Java程序中产生。

它也是流行的线程面试题之一，经常在电话和面对面的Java开发人员面试中被问到。 所以，如果你准备Java面试，你应该准备这样的问题和一本书，真的可以帮助你是Java编程面试指南。

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Why wait(), notify() and notifyAll() must be called from synchronized block or method in Java

在Java中，我们使用wait()和nofify()或notifyAll()来实现线程间通信。一个线程在测试条件不满足后进入等待状态。在经典的生产者-消费者问题中，生产者线程因缓存区满而等待，消费者线程在消费了缓存区的一个元素后通知生产者线程。

调用notify()和notifyAll()方法来通知一个或多个线程一个条件已经改变了。一旦通知线程退出同步方法或同步块，所有等待的线程会争抢它们等待对象上的对象锁。获取锁的线程会从等待状态返回并继续执行。

让我们将整个操作分成几步，以查看Java中wait()和notify()方法之间的竞态条件出现的可能性，我们将使用Produce-Consumer线程示例来更好地理解场景：

1. 生产者线程测试条件（缓冲已满或没有满）并确保在缓冲区满时进入等待状态
2. 消费者线程在消费了缓冲区的一个元素后设置等待条件。
3. 消费者线程调用notify()方法； 如果生产者线程没有处于等待状态则不会收到该通知。
4. 生产者线程调用wait()方法进入等待状态。

因此，由于竞态条件，这里我们潜在的失去一个通知，并且如果我们使用了缓冲区或只有一个生产者线程，则该线程将永远等待，你的程序将挂起。

现在让我们想想这个潜在的竞态条件如何解决？ 此竞争条件通过使用Java提供的synchronized关键字和锁定来解决。 为了在Java中调用wait（），notify（）或notifyAll（）方法，我们必须获取对于我们调用该方法的对象的锁。

由于Java中的wait()方法在等待之前释放锁，并在从wait()方法返回之前重新获取锁，因此我们必须使用该锁来确保条件检查（缓冲区已满或未满），和条件重置（从缓冲区获取元素）是原子的，这可以通过在Java中使用synchronized方法或块来实现。

我不确定这是否是面试官实际期望的答案，但这我认为这至少是有意义的，如果我错了请更正我。如果关于该问题有任何其他令人信服的理由，请让我们知道，

总结一下，在Java中，我们为什么必须在synchronized方法或同步块中调用wait（），notify（）或notifyAll方法的原因：

1) 避免IllegalMonitorStateException

2) 避免任何在wait和notify之间潜在的竞态条件

更多参考

竞态条件与临界区
竞态条件
Produce Consumer thread example