线程同步及通信机制

线程同步

线程同步是保证多线程安全访问竞争资源的一种手段

线程间通信

线程间往往需要协调,共同完全某项工作,需要线程间互相通信,控制不同线程间的状态

线程同步及通信的方式有多种,本文将总结常见的两类方式。

  • synchronized、wait、notify

    synchronized方式是最常见的一种线程同步方式,synchronized的位置不同,则同步锁对象不同,需要特别区分不同写法的同步锁对象。

    wait和notify必须和synchronized一同使用,实现线程间的通信,它们都是object的方法,并不是Thread类的方法。wait方法,将导致当前线程被阻塞,释放同步锁,释放cpu使用权,同步锁将被其它线程得到。而notify方法,将唤醒因调用wait方法处于阻塞状态的线程,被唤醒的线程将重新去争取得到同步锁。

    示例:两个线程交替打印AB三次

    private Runnable A = new Runnable() {
      public void run() {
          synchronized (lock) {
              while (countA > 0) {
                  System.out.println("A");
                  countA --;
                  lock.notify();
                  try {
                      lock.wait();
                  } catch (Exception e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
              }
              lock.notify();
          }
      }
    };
    
    
    private Runnable B = new Runnable() {
      public void run() {
          synchronized (lock) {
              while (countB > 0) {
                  System.out.println("B");
                  countB --;
                  lock.notify();
                  try {
                      lock.wait();
                  } catch (Exception e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
              }
          }
      }
    };
    

ps:因为最后一次循环中,B调用wait,进入阻塞状态,而A已经执行完所有代码,处理死亡状态了,没有其它线程会唤醒B,B将一直处于阻塞状态,程序不会停止,所以在A内部循环结束后,唤醒一次B,这样程序可以顺序停止

  • Lock、Condition
    Lock与上文中的synchronized 作用类似,可实现线程同步功能,而Condition则类似于wait和notify,用于线程间的通信。Lock和Condition是一种更直观的使用方式
    Lock的lock和unLock方法,实现获取同步锁和释放同步锁功能。Condition的await和signal方法,实现线程等待阻塞和唤醒线程的功能。需要注意的是,如果要使用Condition,必须要先获取同步锁才行,否则会报错。
    同上例,使用这种方式实现两个线程顺序打印CD各三次
  Lock lock2 = new ReentrantLock();
  Condition conditionC = lock2.newCondition();
  Condition conditionD = lock2.newCondition();

  private Runnable C = new Runnable() {
    public void run() {
        while (countC > 0) {
            lock2.lock();
            try{
                System.out.println("C");
                countC --;
                try {
                    conditionD.signal();
                    conditionC.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }finally{
                lock2.unlock();
            }
        }
        lock2.lock();
        conditionD.signal();
        lock2.unlock();
    }
  };

private Runnable D = new Runnable() {
    public void run() {
        while (countD > 0) {
            lock2.lock();
            try{
                System.out.println("D");
                countD --;
                try {
                    conditionC.signal();
                    conditionD.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }finally{
                lock2.unlock();
            }
        }
    }
  };

其它线程同步方式

仅实现线程同步还有许多方式,在此不再仔细详细,仅简单记录下

  • Semaphore semaphore = new Semaphore(3),Semaphore,信号量,它可以限制当前访问资源的线程个数,在线程访问同步资源时,执行semaphore.acquire(),访问完资源后再执行semaphore.release(),相当于同步锁

  • ThreadLocal,ThreadLocal可以想象为一个奇特的键值对,不过它的key是当前调用的线程,可以使用ThreadLocal存储数据,在需要用到的时候再取出来,ThreadLocal存储的数据是正确的,不会出现因未同步而异常,虽然本质上未实现线程同步,但实质上也达到了线程同步的目的。

  • 原子量 AtomicInteger,原子量类似于线程安全的容器,内部的实现就是线程安全的,所以也能实现线程同步的效果,它的常用方法为:

    AtomicInteger(int initialValue) : 创建具有给定初始值的新的AtomicInteger
    addAddGet(int dalta) : 以原子方式将给定值与当前值相加
    get() : 获取当前值

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