Java Thread系列（四）线程通信

Java Thread系列（四）线程通信

一、传统通信

public static void main(String[] args) {
    //volatile实现两个线程间数据可见性
    private volatile static List list = new ArrayList();

    Thread t1 = new Thread(new Runnable() { // (1)
        public void run() {
            try {
                for(int i = 0; i <10; i++){
                    list.add(i);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程添加第" + (i + 1) + "个元素..");
                    Thread.sleep(500);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }, "t1");

    Thread t2 = new Thread(new Runnable() { // (2)
        public void run() {
            while(true){
                if(list.size() == 5){
                    //do something
                    throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() +
                        "线程接到通知 size = " + list.size() + " 线程停止..");
                }
            }
        }
    }, "t2");

    t1.start();
    t2.start();
}

1. t1 线程不断将生产的数据放入 list 集合中

2. t2 线程开启 while 循环监听 t1 线程，虽然可以实现 list.size()==5 时实时通知 t2 线程，但太浪费性能，考虑用 await/notify 提高性能，程序执行结果如下：

t1线程添加第1个元素..
t1线程添加第2个元素..
t1线程添加第3个元素..
t1线程添加第4个元素..
t1线程添加第5个元素..
Exception in thread "t2" java.lang.RuntimeException: t2线程接到通知 size = 5 线程停止..
    at com.github.binarylei.thread._2_1conn.ListAdvice1$2.run(ListAdvice1.java:35)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
t1线程添加第6个元素..
t1线程添加第7个元素..
t1线程添加第8个元素..
t1线程添加第9个元素..
t1线程添加第10个元素..

二、wait/notify 实现通信

/**
 * 使用wait/notify方法实现线程单挑通信(注意这两个方法是Object类的方法)
 *   1. wait和notity必须配合synchronized关键字使用
 *   2. wait方法(关闭线程)释放锁，notify(唤醒线程)方法不释放锁
 * 缺点：通知不实时，使用CountDownLatch实现实时通知
 */
public static void main(String[] args) {
    private volatile static List list = new ArrayList();
    final Object lock = new Object();

    Thread t1 = new Thread(new Runnable() { // (1)
        public void run() {
            try {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("t1启动..");
                    for(int i = 0; i <10; i++){
                        list.add(i);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程添加第" + (i + 1) + "个元素..");
                        Thread.sleep(500);
                        if(list.size() == 5){
                            System.out.println("已经发出通知..");
                            lock.notify();
                        }
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }, "t1");

    Thread t2 = new Thread(new Runnable() { // (2)
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("t2启动..");
                if(list.size() != 5){
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //do something
                throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() +
                    "线程接到通知 size = " + list.size() + " 线程停止..");
            }
        }
    }, "t2");
}

1. t1 线程当 list.size()==5 时 lock.notify() 唤醒 t2 线程，注意 wait/notify 必须配合 synchronized 使用。

2. t2 线程调用 lock.wait() 后处于一直阻塞状态，直到 t1 线程调用 lock.notify() 唤醒该线程，倘若没有线程唤醒 t2 线程，那么 t2 线程就一直处于阻塞状态。本例中若 t1 线程先启动，那么 t2 线程调用 lock.wait() 就永远阻塞无法执行。程序执行结果如下：。

t2启动..
t1启动..
t1线程添加第1个元素..
t1线程添加第2个元素..
t1线程添加第3个元素..
t1线程添加第4个元素..
t1线程添加第5个元素..
已经发出通知..
t1线程添加第6个元素..
t1线程添加第7个元素..
t1线程添加第8个元素..
t1线程添加第9个元素..
t1线程添加第10个元素..
Exception in thread "t2" java.lang.RuntimeException: t2线程接到通知 size = 10 线程停止..
    at com.github.binarylei.thread._2_1conn.ListAdd2$2.run(ListAdd2.java:51)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

1. 由于 t1 线程 lock.notify() 后不会释放锁，t2 线程虽然被唤醒但不能获取锁，所以通知就不那么实时，只有等 t1 线程执行完成释放锁后 t2 线程才能获得锁执行相应操作，解决方案：使用 CountDownLatch

三、CountDownLatch 实现实时通信

public static void main(String[] args) {
    private volatile static List list = new ArrayList();
    final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1); // (1)

    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            try {
                System.out.println("t1启动..");
                for(int i = 0; i <10; i++){
                    list.add(i);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程添加第" + (i + 1) + "个元素..");
                    Thread.sleep(500);
                    if(list.size() == 5){
                        System.out.println("已经发出通知..");
                        countDownLatch.countDown(); // (2)
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }, "t1");

    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            System.out.println("t2启动..");
            if(list.size() != 5){
                try {
                    countDownLatch.await(); // (3)
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //do something
            throw new RuntimeException(Thread.currentThread().getName() +
                "线程接到通知 size = " + list.size() + " 线程停止..");
        }
    }, "t2");

    t1.start();
    t2.start();
}

1. CountDownLatch 同步工具类，允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程的操作执行完后再执行，参数 1 表示需要等待的线程数量，具体来说就是参数为几就必须调用几次 countDownLatch.countDown()

2. countDownLatch.countDown() 唤醒线程

3. countDownLatch.await() 阻塞线程，程序执行结果如下：

t1启动..
t1线程添加第1个元素..
t2启动..
t1线程添加第2个元素..
t1线程添加第3个元素..
t1线程添加第4个元素..
t1线程添加第5个元素..
已经发出通知..
Exception in thread "t2" java.lang.RuntimeException: t2线程接到通知 size = 5 线程停止..
t1线程添加第6个元素..
    at com.github.binarylei.thread._2_1conn.ListAdd3$2.run(ListAdd3.java:47)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
t1线程添加第7个元素..
t1线程添加第8个元素..
t1线程添加第9个元素..
t1线程添加第10个元素..

四、ThreadLocal

ThreadLocal 是线程局部变量，是一种多线程间并发访问变量的无锁解决方案。

ThreadLocal 和 synchronized 比较？

1. 与 synchronized 等加锁的方式不同，ThreadLocal 完全不提供锁，而使用以空间换时间的手段，为每个线程提供变量的独立副本，以保障线程安全。

2. 从性能上说，ThreadLocal 不具有绝对的优势，在并发不是很高的时候，加锁的性能会更好，但作为一套无锁的解决方案，在高并发量或者竞争激烈的场景，使用 ThreadLocal 可以在一定程度上减少锁竞争。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final ThreadLocal<String> th = new ThreadLocal<String>();

    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            th.set("张三");
            System.out.println(th.get()); // => "张三"
        }
    }, "t1");

    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(1000);
                th.set("李四");
                System.out.println(th.get()); // => "李四"
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }, "t2");

    t1.start(); //t1:张三
    t2.start(); //t2:李四
}

五、自定义同步类窗口-Queue

Java 提供了一些同步类容器，它们是 线程安全 的，如 Vector、HashTable 等。这些同步类容器是由 Collections.synchronizedMap 等工厂方法去创建实现的，底层使用 synchronized 关键字，每次只有一个线程访问容器。下面实现一个自己的同步类窗口。

import java.util.LinkedList;

public class MyQueue {
    private LinkedList list = new LinkedList();
    private int max = 5;
    private int min = 1;
    private Object lock = new Object();

    public void put(Object obj) {  // (1)
        synchronized (lock) {
            while (list.size() == max) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    ;
                }
            }
            list.add(obj);
            lock.notify();
            System.out.println("put元素：" + obj);
        }
    }

    public Object take() {  // (2)
        Object obj;
        synchronized (lock) {
            while (list.size() == min) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    ;
                }
            }
            obj = list.removeFirst();
            lock.notify();
            System.out.println("take元素：" + obj);
        }
        return obj;
    }
}

测试

public static void main(String[] args) {
    final MyQueue myQueue = new MyQueue();
    myQueue.put("a");
    myQueue.put("b");
    myQueue.put("c");
    myQueue.put("d");
    myQueue.put("e");

    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            myQueue.put("f");
            myQueue.put("g");
            myQueue.put("h");
            myQueue.put("i");
        }
    }).start();

    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            myQueue.take();
            myQueue.take();
            myQueue.take();
        }
    }).start();
}

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每天用心记录一点点。内容也许不重要，但习惯很重要！