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Java 中的 `wait()` 与 `sleep()`：深入解析两者的不同

article 2024/11/7 12:47:36

在 Java 多线程编程中，wait() 和 sleep() 是两个常见的工具，用于控制线程的执行和等待。虽然它们在名称和功能上看似相似，但它们的应用场景和具体实现有着明显的不同。理解这两者的区别对编写稳定、高效的并发程序至关重要。本文将深入探讨 Java 中 wait() 和 sleep() 方法的区别、它们的使用场景以及它们在不同线程管理机制中的作用。

1. `wait()` 和 `sleep()` 的基本定义

wait()：wait() 方法是对象类（Object）中的一个方法，用于线程在获取对象监视器锁（monitor）后，主动释放锁并进入等待状态，直到被其他线程通过 notify() 或 notifyAll() 方法唤醒。wait() 方法必须在同步代码块（synchronized）中调用，因为它涉及到对象的监视器锁。
sleep()：sleep() 方法是 Thread 类中的静态方法，允许当前线程进入休眠状态一段指定的时间。线程在调用 sleep() 方法后仍然保持对已获得的锁的持有，并不会释放锁。sleep() 通常用于模拟线程的暂停、限速执行等场景。

2. `wait()` 与 `sleep()` 的主要区别

2.1 类与调用方式不同

类：
- wait() 是 Object 类中的方法。
- sleep() 是 Thread 类中的静态方法。
调用方式：
- wait() 必须在同步块或同步方法中调用，且必须持有对象锁。
- sleep() 可以在任何地方调用，无需持有任何锁。

2.2 锁的处理

wait()：调用 wait() 方法后，线程会进入等待状态并释放所持有的对象锁。这允许其他线程可以获得该对象的锁并执行相应操作，通常用于实现线程之间的协调和通信。
sleep()：调用 sleep() 方法后，线程会进入休眠状态，但它不会释放所持有的锁。这意味着其他线程依然无法访问同步块中的共享资源，直到休眠结束。

2.3 唤醒机制

wait()：线程调用 wait() 后，需要被其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法来显式唤醒。wait() 主要用于实现线程之间的通信与协作。
sleep()：线程调用 sleep() 后，不需要显式的唤醒。它会在指定的时间后自动唤醒并继续执行代码。sleep() 通常用于暂时停止当前线程，模拟计时器功能或节省资源。

2.4 线程状态的不同

wait()：调用 wait() 方法后，线程会进入等待池（waiting pool），直到有其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 将其唤醒。
sleep()：调用 sleep() 方法后，线程进入计时等待（timed waiting）状态，时间到了之后会自动回到就绪状态（ready state）。

2.5 发生的异常

wait()：wait() 可能抛出 InterruptedException，因此必须在代码中进行捕获。
sleep()：sleep() 也会抛出 InterruptedException，因为休眠期间线程可能被中断，同样需要进行异常处理。

3. 使用场景对比

wait() 通常用于需要线程之间进行通信和协调的场景。例如，当一个线程需要等待某个条件满足才能继续执行时，wait() 方法就非常合适。
sleep() 通常用于让线程暂停一段时间，例如模拟延迟，限速执行或者实现周期性任务。在 sleep() 过程中，线程并不释放所持有的资源锁，这意味着它不会对共享资源的可见性造成影响。

4. 实际代码示例

`wait()` 使用示例

以下是一个生产者-消费者问题中 wait() 和 notify() 的使用示例：

public class WaitNotifyExample {
    private static final Object lock = new Object();
    private static boolean condition = false;

    public static void main(String[] args) {
        Thread producer = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                condition = true;
                System.out.println("Producer produced an item");
                lock.notify(); // 唤醒消费者
            }
        });

        Thread consumer = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                while (!condition) {
                    try {
                        System.out.println("Consumer is waiting for the item...");
                        lock.wait(); // 等待生产者唤醒
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("Consumer consumed the item");
            }
        });

        consumer.start();
        producer.start();
    }
}

在上面的代码中，消费者线程在等待生产者提供商品，调用 wait() 方法进入等待状态，生产者完成任务后调用 notify() 来唤醒消费者。

`sleep()` 使用示例

以下是一个使用 sleep() 来模拟线程暂停的例子：

public class SleepExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("Thread is going to sleep for 2 seconds");
                Thread.sleep(2000); // 暂停 2 秒
                System.out.println("Thread woke up");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        thread.start();
    }
}

在这个示例中，线程调用 sleep(2000) 方法后，暂停执行 2 秒后自动唤醒继续执行。

5. `wait()` 与 `sleep()` 的注意事项

使用 wait() 必须加锁：wait() 方法必须在同步块中使用，必须先持有对象锁。否则会抛出 IllegalMonitorStateException。
防止过长锁定：sleep() 不释放已持有的锁，因此在锁定时长较长的场景下使用 sleep() 可能会导致其他线程无法获取锁，影响并发效率。
中断处理：wait() 和 sleep() 都可能被中断，调用这些方法的代码必须处理 InterruptedException，这在编写并发程序时尤为重要。