✅ wait(), notify(), notifyAll()の正しい使い方

～スレッド間通信を完全に理解しよう！～

はじめに：なぜこの3つを理解すべきなのか？
基本の理解：Java のスレッドとモニター機構
wait() の正しい使い方
1. 基本形
notify() の正しい使い方
notifyAll() の正しい使い方
1. 使い分けの目安
よくある間違いと注意点
実践例：プロデューサー・コンシューマー問題
代替手段との比較
まとめ
Javaプログラマーを目指すあなたへ

はじめに：なぜこの3つを理解すべきなのか？

Java のマルチスレッドを学ぶと、必ず出てくるのが
wait()・notify()・notifyAll() という3つのメソッドです。

「なんとなくスレッドを止めたり再開したりするもの」
と理解している方も多いですが、実はこの3つの使い方を誤ると
プログラムが止まる・動かない・データ破損が起きるなどの問題が発生します。

逆に、正しく理解すれば次のようなメリットがあります。

並行処理を安全に扱える
他の言語のスレッド制御も理解できる
Java の「モニター機構」の本質が分かる

特に、スレッド間通信の理解は中級者への大きなステップアップです。

基本の理解：Java のスレッドとモニター機構

Java のすべてのオブジェクトは「モニター（monitor）」というロック機構を持っています。
wait()、notify()、notifyAll() はこのモニターと深く関係しています。

これらは Object クラス に定義されており、すべてのオブジェクトで利用可能です。

public final void wait() throws InterruptedException
public final void notify()
public final void notifyAll()

ただし、これらは必ず synchronized ブロックの中で呼ぶ必要があります。
モニターを取得していない状態で呼び出すと、IllegalMonitorStateException が発生します。

wait() の正しい使い方

wait() は、「スレッドを一時停止してロックを解放する」ためのメソッドです。

基本形

synchronized (obj) {
    while (!条件) {
        obj.wait(); // 条件が満たされるまで待機
    }
    // 条件が満たされたら処理を再開
}

ここでの重要ポイント：

if ではなく while を使う
→ 「スプリアスウェイクアップ（意図せぬ再開）」に備えるため。
条件を再確認すること
→ 条件が偽のまま再開することを防ぐ。

notify() の正しい使い方

notify() は、「待機中のスレッドを1つだけ再開させる」メソッドです。

synchronized (obj) {
    // 状態を更新
    obj.notify(); // 1つのスレッドを起こす
}

ポイント：

必ず synchronized ブロック内で呼ぶ
起こされるスレッドはランダム（選べない）
起こされたスレッドは、ロックを再取得するまで待つ

したがって、複数スレッドが待機している場合、どれが起きるかは保証されません。

notifyAll() の正しい使い方

notifyAll() は、待機しているすべてのスレッドを再開させるメソッドです。

synchronized (obj) {
    // 状態を更新
    obj.notifyAll(); // 全スレッドを起こす
}

全スレッドが一斉に実行されるわけではなく、
ロックを再取得できたスレッドから順番に実行されます。

使い分けの目安

メソッド	起こすスレッド数	適用シーン
`notify()`	1つ	1対1の通信（例：1つの生産者と1つの消費者）
`notifyAll()`	全員	複数スレッドが待機している場合

よくある間違いと注意点

❌ wait() を synchronized 外で呼ぶ

obj.wait(); // 例外発生！

✅ 正しくはこう

synchronized (obj) {
    obj.wait();
}

❌ if を使って条件判定する

if (!条件) {
    obj.wait();
}

✅ while で条件を再確認

while (!条件) {
    obj.wait();
}

❌ 状態を変えずに notify() する

状態を更新してから notify() を呼ばないと、
起こされたスレッドがすぐまた待機に戻ってしまいます。

実践例：プロデューサー・コンシューマー問題

class SharedQueue {
    private final List<Integer> queue = new ArrayList<>();
    private final int LIMIT = 5;

    public synchronized void produce(int value) throws InterruptedException {
        while (queue.size() == LIMIT) {
            wait(); // 満杯なら待機
        }
        queue.add(value);
        System.out.println("生産: " + value);
        notifyAll(); // 消費者に知らせる
    }

    public synchronized int consume() throws InterruptedException {
        while (queue.isEmpty()) {
            wait(); // 空なら待機
        }
        int value = queue.remove(0);
        System.out.println("消費: " + value);
        notifyAll(); // 生産者に知らせる
        return value;
    }
}

このコードは典型的な「生産者・消費者問題」を解決しています。