JAVA多线程之线程间的通信方式

r囧r小猫 2022-05-31 01:18 251阅读 0赞

## 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。

## 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：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    public class MyList { 
    
        private List<String> list = new ArrayList<String>();
        public void add() {
            list.add("elements");
        }
        public int size() {
            return list.size();
        }
    }
    
    import mylist.MyList;
    
    public class ThreadA extends Thread { 
    
        private MyList list;
    
        public ThreadA(MyList list) {
            super();
            this.list = list;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    list.add();
                    System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素");
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    import mylist.MyList;
    
    public class ThreadB extends Thread { 
    
        private MyList list;
    
        public ThreadB(MyList list) {
            super();
            this.list = list;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    if (list.size() == 5) {
                        System.out.println("==5, 线程b准备退出了");
                        throw new InterruptedException();
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    import mylist.MyList;
    import extthread.ThreadA;
    import extthread.ThreadB;
    
    public class Test { 
    
        public static void main(String[] args) {
            MyList service = new MyList();
    
            ThreadA a = new ThreadA(service);
            a.setName("A");
            a.start();
    
            ThreadB b = new ThreadB(service);
            b.setName("B");
            b.start();
        }
    }

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。*

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

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：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    public class MyList { 
    
        private static List<String> list = new ArrayList<String>();
    
        public static void add() {
            list.add("anyString");
        }
    
        public static int size() {
            return list.size();
        }
    }
    
    
    public class ThreadA extends Thread { 
    
        private Object lock;
    
        public ThreadA(Object lock) {
            super();
            this.lock = lock;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            try {
                synchronized (lock) {
                    if (MyList.size() != 5) {
                        System.out.println("wait begin "
                                + System.currentTimeMillis());
                        lock.wait();
                        System.out.println("wait end "
                                + System.currentTimeMillis());
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    
    public class ThreadB extends Thread { 
        private Object lock;
    
        public ThreadB(Object lock) {
            super();
            this.lock = lock;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            try {
                synchronized (lock) {
                    for (int i = 0; i < 10; i++) {
                        MyList.add();
                        if (MyList.size() == 5) {
                            lock.notify();
                            System.out.println("已经发出了通知");
                        }
                        System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素!");
                        Thread.sleep(1000);
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public class Run { 
    
        public static void main(String[] args) {
    
            try {
                Object lock = new Object();
    
                ThreadA a = new ThreadA(lock);
                a.start();
    
                Thread.sleep(50);
    
                ThreadB b = new ThreadB(lock);
                b.start();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

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。