Можно ли вызывать wait() и notify() вне synchronized-блока и почему?

Чтобы понять причину ограничения, нужно сначала разобраться, как работает монитор объекта.

Почему требуется synchronized

Определение:
Монитор объекта — это механизм, который гарантирует, что только один поток в момент времени выполняет код, защищённый synchronized.

Перед началом вызова wait() или notify() поток обязан:

1. Захватить монитор объекта.

2. Работать внутри synchronized (obj) или синхронизированного метода.

Что произойдет при нарушении правила

Если вызвать:

lock.wait();

без synchronized, JVM:

1. Проверяет, владеет ли поток монитором lock.

2. Обнаруживает, что монитор не захвачен.

3. Выбрасывает IllegalMonitorStateException.

Логика такого ограничения

Это сделано для того, чтобы:

1. Исключить гонки данных.

2. Гарантировать атомарность проверки условий.

3. Обеспечить корректное освобождение и повторный захват монитора.

Корректный шаблон:

synchronized (lock) {
    while (!condition) {
        lock.wait();
    }
}

Краткий вывод

wait() и notify() нельзя вызывать вне synchronized, потому что они управляют монитором объекта, а доступ к монитору возможен только при его захвате.