【35期】談?wù)勀銓?duì)Java線程之間通信方式的理解

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多線程和并發(fā)，在平時(shí)開發(fā)中有些小伙伴用的不多，但是有些工作經(jīng)驗(yàn)的面試中還是容易被問到的，故在之后幾期先整理一些常見的多線程面試題供參考。

通信方式

• ①同步

• ②while輪詢的方式

• ③wait/notify機(jī)制

• ④管道通信

一，介紹

本文總結(jié)我對(duì)于JAVA多線程中線程之間的通信方式的理解，主要以代碼結(jié)合文字的方式來討論線程間的通信，故摘抄了書中的一些示例代碼。

二，線程間的通信方式

①同步

這里講的同步是指多個(gè)線程通過synchronized關(guān)鍵字這種方式來實(shí)現(xiàn)線程間的通信。

參考示例：

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;
//省略構(gòu)造方法
????@Override
????public?void?run()?{
????????super.run();
????????object.methodA();
????}
}

public?class?ThreadB?extends?Thread?{

????private?MyObject?object;
//省略構(gòu)造方法
????@Override
????public?void?run()?{
????????super.run();
????????object.methodB();
????}
}

public?class?Run?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????MyObject?object?=?new?MyObject();

????????//線程A與線程B?持有的是同一個(gè)對(duì)象:object
????????ThreadA?a?=?new?ThreadA(object);
????????ThreadB?b?=?new?ThreadB(object);
????????a.start();
????????b.start();
????}
}

由于線程A和線程B持有同一個(gè)MyObject類的對(duì)象object，盡管這兩個(gè)線程需要調(diào)用不同的方法，但是它們是同步執(zhí)行的，比如：線程B需要等待線程A執(zhí)行完了methodA()方法之后，它才能執(zhí)行methodB()方法。這樣，線程A和線程B就實(shí)現(xiàn)了 通信。

這種方式，本質(zhì)上就是“共享內(nèi)存”式的通信。多個(gè)線程需要訪問同一個(gè)共享變量，誰拿到了鎖（獲得了訪問權(quán)限），誰就可以執(zhí)行。

②while輪詢的方式

代碼如下：

import?java.util.ArrayList;
import?java.util.List;

public?class?MyList?{

????private?List?list?=?new?ArrayList();
????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)?+?"個(gè)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,?線程b準(zhǔn)備退出了");
????????????????????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();
????}
}

在這種方式下，線程A不斷地改變條件，線程ThreadB不停地通過while語句檢測(cè)這個(gè)條件(list.size()==5)是否成立 ，從而實(shí)現(xiàn)了線程間的通信。但是這種方式會(huì)浪費(fèi)CPU資源。

之所以說它浪費(fèi)資源，是因?yàn)镴VM調(diào)度器將CPU交給線程B執(zhí)行時(shí)，它沒做啥“有用”的工作，只是在不斷地測(cè)試 某個(gè)條件是否成立。就類似于現(xiàn)實(shí)生活中，某個(gè)人一直看著手機(jī)屏幕是否有電話來了，而不是：在干別的事情，當(dāng)有電話來時(shí)，響鈴?fù)ㄖ猅A電話來了。

這種方式還存在另外一個(gè)問題：

輪詢的條件的可見性問題，這里不展開了。

線程都是先把變量讀取到本地線程棧空間，然后再去再去修改的本地變量。因此，如果線程B每次都在取本地的 條件變量，那么盡管另外一個(gè)線程已經(jīng)改變了輪詢的條件，它也察覺不到，這樣也會(huì)造成死循環(huán)。

③wait/notify機(jī)制

代碼如下：

import?java.util.ArrayList;
import?java.util.List;

public?class?MyList?{

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

????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("已經(jīng)發(fā)出了通知");
????????????????????}
????????????????????System.out.println("添加了"?+?(i?+?1)?+?"個(gè)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();
????????}
????}
}

線程A要等待某個(gè)條件滿足時(shí)(list.size()==5)，才執(zhí)行操作。線程B則向list中添加元素，改變list 的size。

A,B之間如何通信的呢？也就是說，線程A如何知道 list.size() 已經(jīng)為5了呢？

這里用到了Object類的 wait() 和 notify() 方法。

當(dāng)條件未滿足時(shí)(list.size() !=5)，線程A調(diào)用wait() 放棄CPU，并進(jìn)入阻塞狀態(tài)。---不像②while輪詢那樣占用CPU

當(dāng)條件滿足時(shí)，線程B調(diào)用 notify()通知 線程A，所謂通知線程A，就是喚醒線程A，并讓它進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài)。

這種方式的一個(gè)好處就是CPU的利用率提高了。

但是也有一些缺點(diǎn)：比如，線程B先執(zhí)行，一下子添加了5個(gè)元素并調(diào)用了notify()發(fā)送了通知，而此時(shí)線程A還執(zhí)行；當(dāng)線程A執(zhí)行并調(diào)用wait()時(shí)，那它永遠(yuǎn)就不可能被喚醒了。因?yàn)椋€程B已經(jīng)發(fā)了通知了，以后不再發(fā)通知了。這說明：通知過早，會(huì)打亂程序的執(zhí)行邏輯。

④管道通信

就是使用java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream進(jìn)行通信

具體就不介紹了。分布式系統(tǒng)中說的兩種通信機(jī)制：共享內(nèi)存機(jī)制和消息通信機(jī)制。感覺前面的①中的synchronized關(guān)鍵字和②中的while輪詢 “屬于” 共享內(nèi)存機(jī)制，由于是輪詢的條件使用了volatile關(guān)鍵字修飾時(shí)，這就表示它們通過判斷這個(gè)“共享的條件變量“是否改變了，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的交流。

而管道通信，更像消息傳遞機(jī)制，也就是說：通過管道，將一個(gè)線程中的消息發(fā)送給另一個(gè)。

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