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Java多線程編程-（1）-線程安全和鎖Synchronized概念

Java多線程編程-（2）-可重入鎖以及Synchronized的其他基本特性

Java多線程編程-（3）-線程本地ThreadLocal的介紹與使用

線程間通信簡介
我們知道線程是操作系統(tǒng)中獨(dú)立的個體，但是這個單獨(dú)的個體之間沒有一種特殊的處理方式使之成為一個整體，線程之間沒有任何交流和溝通的話，他就是一個個單獨(dú)的個體，不足以形成一個強(qiáng)大的交互性較強(qiáng)的整體。

為了提高CPU的利用率和各線程之間相互協(xié)作，Java的一種實(shí)現(xiàn)線程間通信的機(jī)制是：wait/notify線程間通信，下邊就一起學(xué)習(xí)一下這種線程間的通信機(jī)制。

不使用等待/通知機(jī)制實(shí)現(xiàn)線程間通信
假如，我們不使用下邊需要介紹的機(jī)制，那我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)兩個線程之間的通信哪，下邊看一段代碼，實(shí)現(xiàn)的是兩個線程向一個List里填充數(shù)據(jù)：

MyList代碼：

public class MyList {

? ? private List list = new ArrayList();

? ? public void add() {
? ? ? ? list.add("我是元素");
? ? }

? ? public int size() {
? ? ? ? return list.size();
? ? }

}

線程A：

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) + "個元素");
? ? ? ? ? ? ? ? Thread.sleep(1000);
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? }
? ? }

線程B：

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了，線程b要退出了！");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? throw new InterruptedException();
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? }
? ? }
}

測試類Test：

public class Test {

? ? public static void main(String[] args) {
? ? ? ? MyList myList = new MyList();

? ? ? ? ThreadA a = new ThreadA(myList);
? ? ? ? a.setName("A");
? ? ? ? a.start();

? ? ? ? ThreadB b = new ThreadB(myList);
? ? ? ? b.setName("B");
? ? ? ? b.start();
? ? }
}

執(zhí)行結(jié)果：

添加了1個元素
添加了2個元素
添加了3個元素
添加了4個元素
添加了5個元素
==5了，線程b要退出了！
java.lang.InterruptedException
? ? at text.ThreadB.run(ThreadB.java:20)
添加了6個元素
添加了7個元素
添加了8個元素
添加了9個元素
添加了10個元素

可以看出，當(dāng)List集合中的數(shù)據(jù)為5個的時候線程B退出，雖然兩個線程之間實(shí)現(xiàn)了通信，但是代碼中我們的線程B是一直執(zhí)行著while(true) 循環(huán)的，直到長度為5才終止執(zhí)行，顯然這種方式是很消耗資源的。所以，就需要一種機(jī)制能避免上述的操作又能實(shí)現(xiàn)多個線程之間的通信，這就是接下來需要學(xué)習(xí)的“wait/notify線程間通信”。

什么是等待/通知機(jī)制
道理很簡單，就像我們?nèi)ャy行辦業(yè)務(wù)，進(jìn)門之后取票號，等到達(dá)的時候會廣播通知我們辦業(yè)務(wù)一樣，這就是很實(shí)際的一個場景，我們?nèi)×似碧柧托枰却?#xff0c;等業(yè)務(wù)員輪到票號的時候就會廣播通知。

Java中等待/通知機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
Java中對應(yīng)等待/通知的方法是wait()/notify()，這兩個方法都是超類Object中的方法，如下圖所示：

之所以會是超類Object中的方法，我們可以簡單的理解：上幾篇文章中我們知道任何對象都可以作為鎖，而wait()/notify()是由鎖調(diào)用的，想到這里自然可以體會到這里設(shè)計(jì)的巧妙之處。

一、wait方法

（1）方法wait()的作用是使當(dāng)前執(zhí)行代碼的線程進(jìn)行等待，該方法會將該線程放入”預(yù)執(zhí)行隊(duì)列“中，并且在wait()所在的代碼處停止執(zhí)行，直到接到通知或被中斷為止。

（2）在調(diào)用wait()之前，線程必須獲得該對象級別鎖，這是一個很重要的地方，很多時候我們可能會忘記這一點(diǎn)，即只能在同步方法或同步塊中調(diào)用wait()方法。

（3）還需要注意的是wait()是釋放鎖的，即在執(zhí)行到wait()方法之后，當(dāng)前線程會釋放鎖，當(dāng)從wait()方法返回前，線程與其他線程競爭重新獲得鎖。

二、notify方法

（1）和wait()方法一樣,notify()方法也要在同步塊或同步方法中調(diào)用，即在調(diào)用前，線程也必須獲得該對象的對象級別鎖。

（2）該方法是用來通知那些可能等待該對象的對象鎖的其他線程，如果有多個線程等待，則由線程規(guī)劃器隨機(jī)挑選出其中一個呈wait狀態(tài)的線程，對其發(fā)出通知notify，并使它等待獲取該對象的對象鎖。

（3）這里需要注意的是，執(zhí)行notify方法之后，當(dāng)前線程不會立即釋放其擁有的該對象鎖，而是執(zhí)行完之后才會釋放該對象鎖，被通知的線程也不會立即獲得對象鎖，而是等待notify方法執(zhí)行完之后，釋放了該對象鎖，才可以獲得該對象鎖。

（3）notifyAll()通知所有等待同一共享資源的全部線程從等待狀態(tài)退出，進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài)，重新競爭獲得對象鎖。

三、wait()/notify()方法總結(jié)

（1）wait()/notify()要集合synchronized關(guān)鍵字一起使用，因?yàn)樗麄兌夹枰紫全@取該對象的對象鎖；

（2）wait方法是釋放鎖，notify方法是不釋放鎖的；

（3）線程的四種狀態(tài)如下圖：

wait/notify線程間通信示例代碼
根據(jù)上述不使用wait/notify的代碼改造如下：

MyList代碼：

public class MyList {

? ? private static List list = new ArrayList();

? ? public static void add() {
? ? ? ? list.add("我是元素");
? ? }

? ? public static int size() {
? ? ? ? return list.size();
? ? }
}

線程A：

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();
? ? ? ? }
? ? }
}

線程B：

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("已發(fā)出通知！");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? System.out.println("添加了" + (i + 1) + "個元素!");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Thread.sleep(1000);
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? }
? ? }
}

測試代碼：

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();
? ? ? ? }
? ? }
}

運(yùn)行結(jié)果：

wait begin 1507634541467
添加了1個元素!
添加了2個元素!
添加了3個元素!
添加了4個元素!
已發(fā)出通知！
添加了5個元素!
添加了6個元素!
添加了7個元素!
添加了8個元素!
添加了9個元素!
添加了10個元素!
wait end ?1507634551563

上述實(shí)例已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了簡單的等待通知機(jī)制，并且我們也可以看到，雖然線程B在第五個元素的時候發(fā)出通知，而線程A實(shí)現(xiàn)線程B執(zhí)行完之后才獲得對象鎖，這也可以說明，wait方法是釋放鎖的而notify方法是不釋放鎖的。

另一個案例：使用wait/notify模擬BlockingQueue阻塞隊(duì)列
BlockingQueue是阻塞隊(duì)列，我們需要實(shí)現(xiàn)的是阻塞的放入和得到數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)思路如下：

（1）初始化隊(duì)列最大長度為5；?
（2）需要新加入的時候，判斷是否長度為5，如果是5則等待插入；?
（3）需要消費(fèi)元素的時候，判斷是否為0，如果是0則等待消費(fèi)；

實(shí)現(xiàn)代碼如下：

public class MyQueue {

? ? //1、需要一個承裝元素的集合
? ? private final LinkedList<Object> list = new LinkedList<>();
? ? //2、需要一個計(jì)數(shù)器
? ? private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
? ? //3、需要指定上限和下限
? ? private final int maxSize = 5;
? ? private final int minSize = 0;

? ? //5、初始化鎖對象
? ? private final Object lock = new Object();

? ? /**
? ? ?* put方法
? ? ?*/
? ? public void put(Object obj) {
? ? ? ? synchronized (lock) {
? ? ? ? ? ? //達(dá)到最大無法添加，進(jìn)入等到
? ? ? ? ? ? while (count.get() == maxSize) {
? ? ? ? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? lock.wait();
? ? ? ? ? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? list.add(obj); //加入元素
? ? ? ? ? ? count.getAndIncrement(); //計(jì)數(shù)器增加
? ? ? ? ? ? System.out.println(" 元素 " + obj + " 被添加 ");
? ? ? ? ? ? lock.notify(); //通知另外一個阻塞的線程方法
? ? ? ? }
? ? }

? ? /**
? ? ?* get方法
? ? ?*/
? ? public Object get() {
? ? ? ? Object temp;
? ? ? ? synchronized (lock) {
? ? ? ? ? ? //達(dá)到最小，沒有元素?zé)o法消費(fèi)，進(jìn)入等到
? ? ? ? ? ? while (count.get() == minSize) {
? ? ? ? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? lock.wait();
? ? ? ? ? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? count.getAndDecrement();
? ? ? ? ? ? temp = list.removeFirst();
? ? ? ? ? ? System.out.println(" 元素 " + temp + " 被消費(fèi) ");
? ? ? ? ? ? lock.notify();
? ? ? ? }
? ? ? ? return temp;
? ? }

? ? private int size() {
? ? ? ? return count.get();
? ? }

? ? public static void main(String[] args) throws Exception {

? ? ? ? final MyQueue myQueue = new MyQueue();
? ? ? ? initMyQueue(myQueue);

? ? ? ? Thread t1 = new Thread(() -> {
? ? ? ? ? ? myQueue.put("h");
? ? ? ? ? ? myQueue.put("i");
? ? ? ? }, "t1");

? ? ? ? Thread t2 = new Thread(() -> {
? ? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? ? Thread.sleep(2000);
? ? ? ? ? ? ? ? myQueue.get();
? ? ? ? ? ? ? ? Thread.sleep(2000);
? ? ? ? ? ? ? ? myQueue.get();
? ? ? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }, "t2");

? ? ? ? t1.start();
? ? ? ? Thread.sleep(1000);
? ? ? ? t2.start();

? ? }

? ? private static void initMyQueue(MyQueue myQueue) {
? ? ? ? myQueue.put("a");
? ? ? ? myQueue.put("b");
? ? ? ? myQueue.put("c");
? ? ? ? myQueue.put("d");
? ? ? ? myQueue.put("e");
? ? ? ? System.out.println("當(dāng)前元素個數(shù)：" + myQueue.size());
? ? }
}

執(zhí)行結(jié)果：

?元素 a 被添加?
?元素 b 被添加?
?元素 c 被添加?
?元素 d 被添加?
?元素 e 被添加?
當(dāng)前元素個數(shù)：5
?元素 a 被消費(fèi)?
?元素 h 被添加?
?元素 b 被消費(fèi)?
?元素 i 被添加?

其他注意事項(xiàng)
（1）wait()和notify()方法要在同步塊或同步方法中調(diào)用，即在調(diào)用前，線程也必須獲得該對象的對象級別鎖。

（2）wait方法是釋放鎖，notify方法是不釋放鎖的；

（3）notify每次喚醒wait等待狀態(tài)的線程都是隨機(jī)的，且每次只喚醒一個；

（4）notifAll每次喚醒wait等待狀態(tài)的線程使之重新競爭獲取對象鎖，優(yōu)先級最高的那個線程會最先執(zhí)行；

（5）當(dāng)線程處于wait()狀態(tài)時，調(diào)用線程對象的interrupt()方法會出現(xiàn)InterruptedException異常；

其他知識點(diǎn)
(1)進(jìn)程間的通信方式：

管道(pipe)、有名管道(named pipe)、信號量(semophore)、消息隊(duì)列(message queue)、信號(signal)、共享內(nèi)存(shared memory)、套接字(socket)；

(2)線程程間的通信方式：

1、鎖機(jī)制?
1.1 互斥鎖：提供了以排它方式阻止數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被并發(fā)修改的方法。?
1.2 讀寫鎖：允許多個線程同時讀共享數(shù)據(jù)，而對寫操作互斥。?
1.3 條件變量：可以以原子的方式阻塞進(jìn)程，直到某個特定條件為真為止。

對條件測試是在互斥鎖的保護(hù)下進(jìn)行的。條件變量始終與互斥鎖一起使用。

2、信號量機(jī)制：包括無名線程信號量與有名線程信號量?
3、信號機(jī)制：類似于進(jìn)程間的信號處理。

線程間通信的主要目的是用于線程同步，所以線程沒有象進(jìn)程通信中用于數(shù)據(jù)交換的通信機(jī)制。
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作者：徐劉根?
來源：CSDN?
原文：https://blog.csdn.net/xlgen157387/article/details/78195817?
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java多线程编程-（4）-线程间通信机制的介绍与使用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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