能否不使用专用线程正确使用synchronized、wait()和notify()？

我编写了一段使用synchronized块、wait()和notify()的Java代码：

public class mutex {
    
    private Object mutex = new Object(); 
    
    public mutex(Object mutex) {
        this.mutex = mutex; 
    }
    
    public void step1() throws InterruptedException {
        System.out.println("acquiring lock"); 
        synchronized(mutex) {
            System.out.println("got in sync block"); 
            System.out.println("calling wait"); 
            mutex.wait(); 
            System.out.println("wait finished "); 
        }
    }
    
    public void step2() throws InterruptedException{
        System.out.println("acquiring lock");
        synchronized(mutex){
            System.out.println("got in sync block"); 
            System.out.println("calling notify"); 
            mutex.notify();
            System.out.println("notify called"); 
        }
    }
}

测试场景：

• 用两个独立线程分别执行step1和step2时，程序正常运行并输出预期结果；
• 但在同一线程先调用step1、再sleep后调用step2的场景中，程序调用wait()后直接挂起。

我有以下两个疑问：

1. 为何单线程场景会挂起？明明调用wait()时会释放锁。
2. 是否必须使用独立线程才能正确使用wait()和notify()？

问题1：单线程场景挂起的原因 #

• 核心逻辑：wait()会让当前线程释放锁并进入该对象的等待队列，必须由其他线程调用同一对象的notify()/notifyAll()才能唤醒它。
• 在单线程流程里，当执行到step1中的mutex.wait()时，当前线程直接进入挂起状态，后续的sleep和step2调用根本没有机会执行——线程已经停在wait这一步了，没人能唤醒它，自然会一直挂起。
• 你误以为wait()释放锁后线程会继续往下走，但实际上wait()是让线程暂停执行，只有其他线程的唤醒信号才能让它从wait()处恢复。

问题2：是否必须用独立线程？ #

• 是的，wait()和notify()的设计初衷就是多线程间的协作通信，用来实现线程间的信号传递。
• 单线程环境下使用这两个方法没有任何意义：挂起的线程无法自我唤醒，最终只会陷入永久挂起的状态。只有当存在其他持有同一锁对象的线程，并且该线程调用notify()/notifyAll()时，等待队列中的线程才有机会被唤醒并继续执行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tommaso Pellegrini