Java 并发 - Java线程通信方式
Java 并发 - Java线程通信方式
1. 简介
线程间通信方式有两种：共享内存和消息传递。
不同进程间线程通信等同于进程间通信，同一进程间可用共享内存实现。
1.1 基于共享内存
在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信，典型的共享内存通信方式就是通过共享对象进行通信。
- ①同步
- ②while轮询的方式
1.2 基于消息传递
在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信，在java中典型的消息传递方式就是wait()和notify()。
- ③wait/notify机制
- ④管道通信
2. 具体通信方式
2.1 同步（synchronized关键字）
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。
2.2 while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。
这种方式还存在另外一个问题：
轮询的条件的可见性问题，这里不展开了。
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。
2.3 wait/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。
2.4 管道通信
就是使用java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream进行通信
3. 总结
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。