Java - 线程间的通信方式

线程通信的方式

线程中通信是指多个线程之间通过某种机制进行协调和交互

线程通信主要可以分为三种方式,分别为共享内存消息传递管道流。每种方式有不同的方法来实现

  • 共享内存:线程之间共享程序的公共状态,线程之间通过读-写内存中的公共状态来隐式通信。
volatile共享内存
  • 消息传递:线程之间没有公共的状态,线程之间必须通过明确的发送信息来显示的进行通信。
wait/notify等待通知方式
join方式
  • 管道流
管道输入/输出流的形式


共享内存

/*** @Author: Simon Lang* @Date: 2020/5/5 15:13*/
public class TestVolatile {private static volatile boolean flag=true;public static void main(String[] args){new Thread(new Runnable() {public void run() {while (true){if(flag){System.out.println("线程A");flag=false;}}}}).start();
​
​new Thread(new Runnable() {public void run() {while (true){if(!flag){System.out.println("线程B");flag=true;}}}}).start();}
}
​

测试结果:线程A和线程B交替执行


消息传递-线程等待和通知

线程等待和通知机制是线程通讯的主要手段之一。

在 Java 中有以下三种实现线程等待的手段 :

Object 类提供的 wait(),notify() 和 notifyAll() 方法;
Condition 类下的 await(),signal()  和 signalAll() 方法;
LockSupport 类下的 park() 和 unpark() 方法。

Object 类提供的 wait(),notify() 和 notifyAll() 方法;

Object lock = new Object();
new Thread(() -> {synchronized (lock) {try {System.out.println("线程1 -> 进入等待");lock.wait();System.out.println("线程1 -> 继续执行");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("线程1 -> 执行完成");}
}).start();Thread.sleep(1000);
synchronized (lock) {// 唤醒线程System.out.println("执行 notifyAll()");lock.notifyAll();
}

Condition 类下的 await(),signal()  和 signalAll() 方法;

// 创建 Condition 对象 (lock 可创建多个 condition 对象)
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
// 加锁
lock.lock();
try {// 一个线程中执行 await()condition.await();// 另一个线程中执行 signal()condition.signal();
} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
} finally {lock.unlock();
}

Condition 类它可以创建出多个对象。那为什么有了 Object 类的 wait 和 notify 的方式,还需要 condition 来干嘛呢 ?

因为 Object 类的 wait 和 notify 只适用于一个任务队列,而 Condition 类的 await 和 signal 适用于多个任务队列,在多个任务队列的情况下,使用 Object 类的 wait 和 notify 可能会存在线程饿死的问题。

比如以上这种生产者消费者模型,当生产者,消费者(阻塞式的)都有多个的时候,并且此时任务队列里面没有任务了,所以消费者就会进入休眠状态,此时生产者需要做两件事情 : 

将任务推送到任务队列
唤醒线程
【问题所在】

①  此时如果使用 Object 类提供的 wait 和 notify,而唤醒线程是存在两种可能的:

1)唤醒了消费者 

2)唤醒了生产者

        如果是唤醒了生产者,那就出问题了,当生产者这边代码执行完了就结束了,消费者这边永远不会去消费队列里的任务了,这就会导致线程饥饿问题。
而 Condition 类因为可以被创建多个,所以可以使用两个 Condition 对象,一个指定唤醒生产者,一个指定唤醒消费者,这样就不会出现线程饥饿了。

所以 Condition 类的 await 和 signal 是对 Object 类的 wait 和 notify 的一个补充,它解决了 Object 类种分组不明确的问题。

LockSupport 类下的 park() 和 unpark() 方法。

public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {LockSupport.park();System.out.println("线程1被唤醒");},"线程1");t1.start();Thread t2 = new Thread(() -> {LockSupport.park();System.out.println("线程2被唤醒");},"线程2");t2.start();Thread t3 = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("唤醒线程2");LockSupport.unpark(t2);},"线程3");t3.start();
}

LockSupport 类又是对 Condition 类的一个补充,它可以指定唤醒某一个线程,它解决了前两种方式不能随机指定唤醒线程的问题。

join方式

join()方法的作用是:在当前线程A调用线程B的join()方法后,会让当前线程A阻塞,直到线程B的逻辑执行完成,A线程才会解除阻塞,然后继续执行自己的业务逻辑,这样做可以节省计算机中资源。

public class TestJoin {public static void main(String[] args){Thread thread=new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程0开始执行了");}});thread.start();for (int i=0;i<10;i++){JoinThread jt=new JoinThread(thread,i);jt.start();thread=jt;}
​}
​static class JoinThread extends Thread{private Thread thread;private int i;
​public JoinThread(Thread thread,int i){this.thread=thread;this.i=i;}
​@Overridepublic void run() {try {thread.join();System.out.println("线程"+(i+1)+"执行了");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
​

每个线程的终止的前提是前驱线程的终止,每个线程等待前驱线程终止后,才从join方法返回,实际上,这里涉及了等待/通知机制,即下一个线程的执行需要接受前驱线程结束的通知。


管道输入/输出流

管道流是是一种使用比较少的线程间通信方式,管道输入/输出流和普通文件输入/输出流或者网络输出/输出流不同之处在于,它主要用于线程之间的数据传输,传输的媒介为管道。

管道输入/输出流主要包括4种具体的实现:PipedOutputStrean、PipedInputStrean、PipedReader和PipedWriter,前两种面向字节,后两种面向字符。

java的管道的输入和输出实际上使用的是一个循环缓冲数组来实现的,默认为1024,输入流从这个数组中读取数据,输出流从这个数组中写入数据,当这个缓冲数组已满的时候,输出流所在的线程就会被阻塞,当向这个缓冲数组为空时,输入流所在的线程就会被阻塞。

public class TestPip {public static void main(String[] args) throws IOException {PipedWriter writer  = new PipedWriter();PipedReader reader = new PipedReader();//使用connect方法将输入流和输出流连接起来writer.connect(reader);Thread printThread = new Thread(new Print(reader) , "PrintThread");//启动线程printThreadprintThread.start();int receive = 0;try{//读取输入的内容while((receive = System.in.read()) != -1){writer.write(receive);}}finally {writer.close();}}
​private static class Print implements Runnable {private PipedReader reader;
​public Print(PipedReader reader) {this.reader = reader;}
​@Overridepublic void run() {int receive = 0;try{while ((receive = reader.read()) != -1){//字符转换System.out.print((char) receive);}}catch (IOException e) {System.out.print(e);}}}
}
​

 对于Piped类型的流,必须先进性绑定,也就是调用connect()方法,如果没有将输入/输出流绑定起来,对于该流的访问将抛出异常。

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