java多线程5：线程间的通信

在多线程系统中，彼此之间的通信协作非常重要，下面来聊聊线程间通信的几种方式。

wait/notify

想像一个场景，A、B两个线程操作一个共享List对象，A对List进行add操作，B线程等待List的size=500时就打印记录日志，这要怎么处理呢？

一个办法就是，B线程while (true) { if(List.size == 500) {打印日志} }，这样两个线程之间就有了通信，B线程不断通过轮训来检测 List.size == 500 这个条件。

这样可以实现我们的需求，但是也带来了问题：CPU把资源浪费了B线程的轮询操作上，因为while操作并不释放CPU资源，导致了CPU会一直在这个线程中做判断操作。

这要非常浪费CPU资源，所以就需要有一种机制来实现减少CPU的资源浪费，而且还可以实现在多个线程间通信，它就是“wait/notify”机制。

定义两个线程类：

public class MyThread1_1 extends Thread {

    private Object lock;

    public MyThread1_1(Object lock) {
        this.lock = lock;
    }

    public void run() {
        try {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------wait time = " + System.currentTimeMillis());
                lock.wait();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------sleep time = " + System.currentTimeMillis());
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------sleep time = " + System.currentTimeMillis());
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------wait time = " + System.currentTimeMillis());
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　

public class MyThread1_2 extends Thread {

    private Object lock;

    public MyThread1_2(Object lock) {
        this.lock = lock;
    }

    public void run() {
        try {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------notify time = " + System.currentTimeMillis());
                lock.notify();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------sleep time = " + System.currentTimeMillis());
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------sleep time = " + System.currentTimeMillis());
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------notify time = " + System.currentTimeMillis());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　

　　测试方法，myThread1先执行，然后sleep 一秒后，myThread2再执行

@Test
    public void test1() throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        MyThread1_1 myThread1_1 = new MyThread1_1(object);
        MyThread1_2 myThread1_2 = new MyThread1_2(object);
        myThread1_1.start();
        Thread.sleep(1000);
        myThread1_2.start();

        myThread1_1.join();
        myThread1_2.join();

    }

　　执行结果：

Thread-0开始------wait time = 1639464183921
Thread-1开始------notify time = 1639464184925
Thread-1开始------sleep time = 1639464184925
Thread-1结束------sleep time = 1639464186928
Thread-1结束------notify time = 1639464186928
Thread-0开始------sleep time = 1639464186928
Thread-0结束------sleep time = 1639464188931
Thread-0结束------wait time = 1639464188931

　　可以看到第一行和第二行 开始执行之间只间隔了1s，说明wait方法确实进入等待，

而且没有继续执行wait后面的sleep 2秒，而是执行了notify方法，说明wait方法可以使调用该方法的线程释放共享资源的锁，然后从运行状态退出，进入等待队列，直到被再次唤醒。

第二行和第五行间隔2秒钟，说明notify方法不会释放共享资源的锁。

第6行 说明notify执行完后，唤醒了刚才wait的线程，从而继续执行后面的sleep方法。

说明notify方法可以随机唤醒等待队列中等待同一共享资源的“一个”线程，并使该线程退出等待队列，进入可运行状态，也就是notify（）方法仅通知“一个”线程。

另外还有notifyAll（）方法可以使所有正在等待队列中等待同一共享资源的“全部”线程从等待状态退出，进入可运行状态。

此时，优先级最高的那个线程最先执行，但也有可能是随机执行，因为这要取决于JVM虚拟机的实现。

方法join

前面的测试方法中几乎都使用了join方法，那么这个方法到底起到什么作用呢？

在很多情况下，主线程创建并启动子线程，如果子线程中要进行大量的耗时运算，主线程往往将早于子线程结束之前结束，

所以在主线程中使用join方法的作用就是让主线程等待子线程线程对象销毁。

/**
     * Waits at most {@code millis} milliseconds for this thread to
     * die. A timeout of {@code 0} means to wait forever.
     *
     * <p> This implementation uses a loop of {@code this.wait} calls
     * conditioned on {@code this.isAlive}. As a thread terminates the
     * {@code this.notifyAll} method is invoked. It is recommended that
     * applications not use {@code wait}, {@code notify}, or
     * {@code notifyAll} on {@code Thread} instances.
     *
     * @param  millis
     *         the time to wait in milliseconds
     *
     * @throws  IllegalArgumentException
     *          if the value of {@code millis} is negative
     *
     * @throws  InterruptedException
     *          if any thread has interrupted the current thread. The
     *          <i>interrupted status</i> of the current thread is
     *          cleared when this exception is thrown.
     */
    public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

　　看下jdk API的源码可以看到，其实join内部使用的还是wait方法进行等待，

join(long millis)方法的一个重点是要区分出和sleep(long millis)方法的区别：

sleep(long millis)不释放锁，join(long millis)释放锁，因为join方法内部使用的是wait()，因此会释放锁。join()其实就是join(0)而已。

ThreadLocal类

ThreadLocal不是用来解决共享对象的多线程访问问题的，而是实现每一个线程都维护自己的共享变量，起到线程隔离的作用。

关于ThreadLocal源码分析可以参考这篇文章：https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4854813.html。

下面看个ThreadLocal的例子：

public class Tools {

    public static ThreadLocal<Object> tl = new ThreadLocal<Object>();

}

　　两个线程类，分别向ThreadLocal里设置值

public class MyThread1_1 extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Tools.tl.set("ThreadA" + (i + 1));
                System.out.println("ThreadA get Value=" + Tools.tl.get());
                Thread.sleep(200);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class MyThread1_2 extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Tools.tl.set("ThreadB" + (i + 1));
                System.out.println("ThreadB get Value=" + Tools.tl.get());
                Thread.sleep(200);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

　　

@Test
    public void test1() {
        try {
            MyThread1_1 a = new MyThread1_1();
            MyThread1_2 b = new MyThread1_2();
            a.start();
            b.start();
            a.join();
            b.join();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

　　执行结果：

ThreadB get Value=ThreadB1
ThreadA get Value=ThreadA1
ThreadA get Value=ThreadA2
ThreadB get Value=ThreadB2
ThreadA get Value=ThreadA3
ThreadB get Value=ThreadB3
ThreadA get Value=ThreadA4
ThreadB get Value=ThreadB4
ThreadB get Value=ThreadB5
ThreadA get Value=ThreadA5
ThreadB get Value=ThreadB6
ThreadA get Value=ThreadA6
ThreadB get Value=ThreadB7
ThreadA get Value=ThreadA7
ThreadB get Value=ThreadB8
ThreadA get Value=ThreadA8
ThreadA get Value=ThreadA9
ThreadB get Value=ThreadB9
ThreadB get Value=ThreadB10
ThreadA get Value=ThreadA10

　　可以看到两个线程取出的值没有重复也没有互相影响，其实它内部变化的只是线程本身的 ThreadLocalMap。

感兴趣的还可以去看看 InheritableThreadLocal，它可以在子线程中取得父线程继承下来的值。

参考文献

1：《Java并发编程的艺术》

2：《Java多线程编程核心技术》