JAVA 多线程之线程间的通信方式

一，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。

二，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，可参考：JAVA 多线程之当一个线程在执行死循环时会影响另外一个线程吗？

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，可参考：JAVA 多线程之 volatile 与 synchronized 的比较中的第一点“一，volatile 关键字的可见性”

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。