JAVA多线程之线程间的通信方式

一,介绍

本总结我对于JAVA多线程中线程之间的通信方式的理解,主要以代码结合文字的方式来讨论线程间的通信,故摘抄了书中的一些示例代码。


二,线程间的通信方式

①同步

这里讲的同步是指多个线程通过synchronized关键字这种方式来实现线程间的通信。

参考示例:

public class MyObject {

    synchronized public void methodA() {

        //do something....

    }

    synchronized public void methodB() {

        //do some other thing

    }

}

public class ThreadA extends Thread {

    private MyObject object;

//省略构造方法

    @Override

    public void run() {

        super.run();

        object.methodA();

    }

}

public class ThreadB extends Thread {

    private MyObject object;

//省略构造方法

    @Override

    public void run() {

        super.run();

        object.methodB();

    }

}

public class Run {

    public static void main(String[] args) {

        MyObject object = new MyObject();

        //线程A与线程B 持有的是同一个对象:object

        ThreadA a = new ThreadA(object);

        ThreadB b = new ThreadB(object);

        a.start();

        b.start();

    }

}

由于线程A和线程B持有同一个MyObject类的对象object,尽管这两个线程需要调用不同的方法,但是它们是同步执行的,比如:线程B需要等待线程A执行完了methodA()方法之后,它才能执行methodB()方法。这样,线程A和线程B就实现了 通信。

这种方式,本质上就是“共享内存”式的通信。多个线程需要访问同一个共享变量,谁拿到了锁(获得了访问权限),谁就可以执行。


②while轮询的方式

代码如下:

1 import java.util.ArrayList;

2 import java.util.List;

3

4 public class MyList {

5

6    private List<String> list = new ArrayList<String>();

7    public void add() {

8        list.add("elements");

9    }

10    public int size() {

11        return list.size();

12    }

13 }

14

15 import mylist.MyList;

16

17 public class ThreadA extends Thread {

18

19    private MyList list;

20

21    public ThreadA(MyList list) {

22        super();

23        this.list = list;

24    }

25

26    @Override

27    public void run() {

28        try {

29            for (int i = 0; i < 10; i++) {

30                list.add();

31                System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素");

32                Thread.sleep(1000);

33            }

34        } catch (InterruptedException e) {

35            e.printStackTrace();

36        }

37    }

38 }

39

40 import mylist.MyList;

41

42 public class ThreadB extends Thread {

43

44    private MyList list;

45

46    public ThreadB(MyList list) {

47        super();

48        this.list = list;

49    }

50

51    @Override

52    public void run() {

53        try {

54            while (true) {

55                if (list.size() == 5) {

56                    System.out.println("==5, 线程b准备退出了");

57                    throw new InterruptedException();

58                }

59            }

60        } catch (InterruptedException e) {

61            e.printStackTrace();

62        }

63    }

64 }

65

66 import mylist.MyList;

67 import extthread.ThreadA;

68 import extthread.ThreadB;

69

70 public class Test {

71

72    public static void main(String[] args) {

73        MyList service = new MyList();

74

75        ThreadA a = new ThreadA(service);

76        a.setName("A");

77        a.start();

78

79        ThreadB b = new ThreadB(service);

80        b.setName("B");

81        b.start();

82    }

83 }

在这种方式下,线程A不断地改变条件,线程ThreadB不停地通过while语句检测这个条件(list.size()==5)是否成立 ,从而实现了线程间的通信。但是这种方式会浪费CPU资源。之所以说它浪费资源,是因为JVM调度器将CPU交给线程B执行时,它没做啥“有用”的工作,只是在不断地测试 某个条件是否成立。就类似于现实生活中,某个人一直看着手机屏幕是否有电话来了,而不是: 在干别的事情,当有电话来时,响铃通知TA电话来了。关于线程的轮询的影响,可参考:JAVA多线程之当一个线程在执行死循环时会影响另外一个线程吗?

这种方式还存在另外一个问题:

轮询的条件的可见性问题,关于内存可见性问题,可参考:JAVA多线程之volatile 与 synchronized 的比较中的第一点“一,volatile关键字的可见性

线程都是先把变量读取到本地线程栈空间,然后再去再去修改的本地变量。因此,如果线程B每次都在取本地的 条件变量,那么尽管另外一个线程已经改变了轮询的条件,它也察觉不到,这样也会造成死循环。


③wait/notify机制

代码如下:

1 import java.util.ArrayList;

2 import java.util.List;

3

4 public class MyList {

5

6    private static List<String> list = new ArrayList<String>();

7

8    public static void add() {

9        list.add("anyString");

10    }

11

12    public static int size() {

13        return list.size();

14    }

15 }

16

17

18 public class ThreadA extends Thread {

19

20    private Object lock;

21

22    public ThreadA(Object lock) {

23        super();

24        this.lock = lock;

25    }

26

27    @Override

28    public void run() {

29        try {

30            synchronized (lock) {

31                if (MyList.size() != 5) {

32                    System.out.println("wait begin "

33                            + System.currentTimeMillis());

34                    lock.wait();

35                    System.out.println("wait end  "

36                            + System.currentTimeMillis());

37                }

38            }

39        } catch (InterruptedException e) {

40            e.printStackTrace();

41        }

42    }

43 }

44

45

46 public class ThreadB extends Thread {

47    private Object lock;

48

49    public ThreadB(Object lock) {

50        super();

51        this.lock = lock;

52    }

53

54    @Override

55    public void run() {

56        try {

57            synchronized (lock) {

58                for (int i = 0; i < 10; i++) {

59                    MyList.add();

60                    if (MyList.size() == 5) {

61                        lock.notify();

62                        System.out.println("已经发出了通知");

63                    }

64                    System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素!");

65                    Thread.sleep(1000);

66                }

67            }

68        } catch (InterruptedException e) {

69            e.printStackTrace();

70        }

71    }

72 }

73

74 public class Run {

75

76    public static void main(String[] args) {

77

78        try {

79            Object lock = new Object();

80

81            ThreadA a = new ThreadA(lock);

82            a.start();

83

84            Thread.sleep(50);

85

86            ThreadB b = new ThreadB(lock);

87            b.start();

88        } catch (InterruptedException e) {

89            e.printStackTrace();

90        }

91    }

92 }

线程A要等待某个条件满足时(list.size()==5),才执行操作。线程B则向list中添加元素,改变list 的size。

A,B之间如何通信的呢?也就是说,线程A如何知道 list.size() 已经为5了呢?

这里用到了Object类的 wait() 和 notify() 方法。

当条件未满足时(list.size() !=5),线程A调用wait() 放弃CPU,并进入阻塞状态。---不像②while轮询那样占用CPU

当条件满足时,线程B调用 notify()通知 线程A,所谓通知线程A,就是唤醒线程A,并让它进入可运行状态。

这种方式的一个好处就是CPU的利用率提高了。

但是也有一些缺点:比如,线程B先执行,一下子添加了5个元素并调用了notify()发送了通知,而此时线程A还执行;当线程A执行并调用wait()时,那它永远就不可能被唤醒了。因为,线程B已经发了通知了,以后不再发通知了。这说明:通知过早,会打乱程序的执行逻辑。


④管道通信就是使用java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream进行通信

具体就不介绍了。分布式系统中说的两种通信机制:共享内存机制和消息通信机制。感觉前面的①中的synchronized关键字和②中的while轮询 “属于” 共享内存机制,由于是轮询的条件使用了volatile关键字修饰时,这就表示它们通过判断这个“共享的条件变量“是否改变了,来实现进程间的交流。

而管道通信,更像消息传递机制,也就是说:通过管道,将一个线程中的消息发送给另一个。

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