Java线程如何返回数据

　　前言

　　当开发者从单线程开发模式过渡到多线程环境，一个比较棘手的问题就是如何在一个线程中返回数据，众所周知，run()方法和start()方法不会返回任何值。

笔者在学习《Java Network Programming》一书时，总结三种常用方法：定义获取器、静态方法回调以及实例方法回调。

定义获取器

　　从线程中返回数据，比较直观的想法是在线程中定义一个get方法，线程执行完成后，调用get方法即可，表观如此，其实会遇到意想不到的结果。

　　代码清单1-1 展示了在线程中定义获取器

package thread;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.security.DigestInputStream;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/**
 * Created by Michael Wong on 2015/11/21.
 */
public class ReturnDigest extends Thread {

    /** 目标文件 */
    private String fileName;

    /** 消息摘要 */
    private byte[] digest;

    public ReturnDigest(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
    }

    /**
     * 计算一个256位的SHA-2消息摘要
     */
    @Override
    public void run() {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
            MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
            DigestInputStream dis = new DigestInputStream(fis, sha);
            while(dis.read() != -1);    //读取整个文件
            dis.close();
            digest = sha.digest();
        } catch (IOException ex) {
            ex.printStackTrace();
        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 获取消息摘要
     * @return 消息摘要字节数组
     */
    public byte[] getDigest() {
        return this.digest;
    }

}

　　代码清单1-2展示如何在主线程调用

package thread;

import javax.xml.bind.DatatypeConverter;

/**
 * This solution is not guaranteed to work.On some virtual machines,
 * the main thread takes all the time avaiable and leaves not time for actual worker threads.
 * Created by Michael Wong on 2015/11/21.
 */
public class ReturnDigestUserInterface {

    public static void main(String[] args) {
        if(args.length == 0) {
            args = new String[] {"E:/IdeaProjects/java/NetProgramming/src/thread/ReturnDigest.java",
                    "E:/IdeaProjects/java/NetProgramming/src/thread/ReturnDigestUserInterface.java"};
        }

        ReturnDigest[] returnDigest = new ReturnDigest[args.length];

        for(int i = 0; i < args.length; i++) {
            returnDigest[i] = new ReturnDigest(args[i]);
            returnDigest[i].start();
        }

        for(int i = 0; i < args.length; i++) {
            while(true) {
                byte[] digest = returnDigest[i].getDigest();
                if(digest != null) {
                    StringBuilder result = new StringBuilder(args[i]);
                    result.append(": ").append(DatatypeConverter.printHexBinary(digest));
                    System.out.println(result);
                    break;
                }
            }
        }

    }

}

　　在这种方式中，通过一个while(true){} 循环不停的判断digest是否为空，就是指子线程是否执行完毕。如果你足够幸运，可能会得到正确的结果，但效率比较低，也有可能程序假死，这取决于虚拟机的实现。有些虚拟机，主线程会占用所有的时间，真正的工作线程根本没有机会得到执行，所以不推荐这种做法。

静态方法回调

　　事实上，利用回调方法解决这类问题更简单高效。与其在主函数中不停的判断子线程是否执行完毕，倒不如让子线程在执行完毕时，主动通知主线程，这种思想和观察者设计模式异曲同工。

　　代码清单2-1展示在子线程执行完成时调用静态回调方法

package thread;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.security.DigestInputStream;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/**
 * @description 从线程返回信息 静态回调方法
 * Created by Administrator on 2015/11/3.
 */
public class CallbackDigest implements Runnable {

    private String fileName;

    public CallbackDigest(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
    }

    /**
     * 计算一个256位的SHA-2消息摘要
     */
    @Override
    public void run() {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
            MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
            DigestInputStream dis = new DigestInputStream(fis, sha);
            while(dis.read() != -1) ;   //读取整个文件
            dis.close();
            byte[] digest = sha.digest();
            //调用主调类静态回调方法
            CallbackDigestUserInterface.receiveDigest(digest, fileName);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

　　代码清单2-2展示主调类的静态回调方法

package thread;

import javax.xml.bind.DatatypeConverter;

/**
 * @description 静态方法回调
 * Created by Administrator on 2015/11/3.
 */
public class CallbackDigestUserInterface {

    public static void receiveDigest(byte[] digest, String name) {
        StringBuilder result = new StringBuilder(name);
        result.append(": ");
        result.append(DatatypeConverter.printHexBinary(digest));
        System.out.println(result);
    }

    public static void main(String[] args) {
        if(args.length == 0) {
            args = new String[] {"E:/IdeaProjects/java/NetProgramming/src/thread/CallbackDigest.java",
                    "E:/IdeaProjects/java/NetProgramming/src/thread/CallbackDigestUserInterface.java"};
        }
        for(String fileName : args) {
            CallbackDigest cb = new CallbackDigest(fileName);
            Thread thread = new Thread(cb);
            thread.start();
        }
    }
}

　　静态回调方法在CallbackDigestUserInterface中定义，在子线程CalbackDigest的run方法结束前调用，将摘要打印到控制台，也可以将摘要作为主调线程的属性，通过回调方法为其赋值，再交给主调线程自身处理，实例方法回调将展示这种做法。

实例方法回调

　　所谓实例方法回调就是指进行回调的类(子线程)持有回调对象(主线程)的一个引用，主线程在调用子线程时，将自身作为参数传给子线程。通过构造函数，主线程可以传递参数给子线程。

　　代码清单3-1展示在子线程中持有回调对象的引用，通过这个引用调用回调方法。

package thread;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.security.DigestInputStream;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/**
 * @description 进行回调的类持有回调对象的一个引用
 * Created by Administrator on 2015/11/3.
 */
public class InstanceCallbackDigest implements Runnable {

    /**
     * 映射文件
     */
    private String fileName;

    /**
     * 回调对象引用
     */
    private InstanceCallbackDigestUserInterface callbackInstance;

    public InstanceCallbackDigest(String fileName, InstanceCallbackDigestUserInterface callbackInstance) {
        this.fileName = fileName;
        this.callbackInstance = callbackInstance;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
            MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
            DigestInputStream dis = new DigestInputStream(fis, sha);
            while(dis.read() != -1);
            dis.close();
            byte[] digest = sha.digest();
            callbackInstance.receiveDigest(digest);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　代码清单3-2展示回调对象类

package thread;

import javax.xml.bind.DatatypeConverter;

/**
 * @description 实例方法回调
 * Created by Administrator on 2015/11/3.
 */
public class InstanceCallbackDigestUserInterface {

    /**
     * 映射文件
     */
    private String fileName;

    /**
     * 摘要
     */
    private byte[] digest;

    public InstanceCallbackDigestUserInterface(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
    }

    public void calculateDigest() {
        InstanceCallbackDigest cb = new InstanceCallbackDigest(fileName, this);
        Thread t = new Thread(cb);
        t.start();
        try  {
            t.join();
        } catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    protected void receiveDigest(byte[] digest) {
        this.digest = digest;
    }

    public String getDigest() {
        String result = fileName + ": ";
        if (digest == null) {
            result += "digest not available";
        } else {
            result += DatatypeConverter.printHexBinary(digest);
        }
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        if(args.length == 0) {
            args = new String[] {"E:/IdeaProjects/java/NetProgramming/src/thread/InstanceCallbackDigest.java",
                    "E:/IdeaProjects/java/NetProgramming/src/thread/InstanceCallbackDigestUserInterface.java"};
        }
        for(String fileName : args) {
            InstanceCallbackDigestUserInterface instance = new InstanceCallbackDigestUserInterface(fileName);
            instance.calculateDigest();
            System.out.println(instance.getDigest());
        }
    }
}

　　回调方法receiveDigest()只是接受计算完后的摘要数据，真正启动子线程的是calculateDigest()方法。通过调用子线程的构造函数，将文件名称和自身应用传递给子线程。在子线程启动(调用start方法)后，又调用子线程的join方法，join会把指定线程加入到当前线程，将两个并行执行的线程合并为顺序执行。此处会把主线程加入到子线程，这样做的目的是：在主线程调用calculateDigest()交给子线程去计算摘要，并赋给digest，在主线程调用getDigest()获取digest，如果并行执行，在主线程调用getDigest时，子线程可能还没有执行结束，digest就会为null。

总结

　　第一种方式：定义获取器，不推荐使用，结果是否正确取决于虚拟机线程调度等相关设计。

　　第二种方式：静态回调方法，简单易懂，对于简单的打印输出有效，对于复杂的需求比较无力。

　　第三种方式：实例方法回调，推荐使用，功能比较丰富，既可以向子线程传递参数，也可以从子线程取回数据，正所谓礼尚往来，来而不往非礼也。而且对数据如何处理的自主权掌握在主线程手里(程序猿都有很强的控制欲~v~)。