主线程无法唤醒？Java静态代码块线程同步问题排查

问题重现 #

调用静态方法时，静态代码块内的主线程进入wait状态后，始终无法被预期的线程唤醒，相关代码如下：

Main类代码 #

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyFactory.getSomething();
        System.out.println("over"); 
    }
}

MyFactory类代码 #

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyFactory {
    private static Object lock = new Object();

    static{
        init();
    }

    private static void init(){
        new Thread(()->{
            try {
                // 让该线程晚于主线程执行
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println("task run...");
                synchronized (lock){
                    lock.notifyAll();  // 唤醒主线程
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"demo-thread").start();

        synchronized (lock){
            try {
                System.out.println("waiting...");
                lock.wait();  // 进入等待
                System.out.println("wake up");
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    public static Object getSomething(){
        return null;
    }
}

实际输出 #

waiting...

预期输出 #

waiting...
task run...
wake up
over

尝试的解决方法 #

将静态代码块中直接调用init()的逻辑，改为在新线程中执行init()：

• 原代码：

  static{
    init();
  }
  

• 修改后代码：

  static{
    new Thread(()->init()).start();
  }
  

修改后程序正常运行，输出如下：

over
waiting...
task run...
wake up

问题核心原因 #

你的猜测完全正确，问题根源是主线程阻塞导致MyFactory类的初始化未完成，具体逻辑链如下：

1. 主线程执行MyFactory.getSomething()时，触发MyFactory类的加载初始化流程，此时主线程会持有MyFactory.class的类初始化锁，直到类初始化（静态代码块执行完毕）完成才会释放。
2. 静态代码块调用init()，先启动demo-thread，随后主线程获取lock锁并进入wait状态（此时会释放lock锁，但不会释放MyFactory.class的初始化锁）。
3. demo-thread启动后，在执行synchronized (lock)之前需要访问MyFactory的静态变量lock，但此时MyFactory类还处于初始化未完成状态（主线程卡在init()的wait处，静态代码块没执行完），demo-thread会被阻塞在类初始化的等待队列中，根本无法走到获取lock锁并执行notifyAll的步骤。
4. 最终主线程无法被唤醒，demo-thread也无法继续执行，程序陷入永久阻塞。

而修改为在新线程中执行init()后，主线程会快速完成MyFactory的类初始化（静态代码块仅启动线程就结束），释放类初始化锁，后续所有线程都能正常访问类成员，因此程序可以正常运行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Q10Viking