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_158_java_多執行緒之執行緒間的通訊方式

轉自https://www.cnblogs.com/hapjin/p/5492619.html,感謝作者的無私分享。 

一,介紹

本總結我對於JAVA多執行緒中執行緒之間的通訊方式的理解,主要以程式碼結合文字的方式來討論執行緒間的通訊,故摘抄了書中的一些示例程式碼。

 

二,執行緒間的通訊方式

①同步

這裡講的同步是指多個執行緒通過synchronized關鍵字這種方式來實現執行緒間的通訊。

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

public class ThreadB extends Thread {

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

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

        //執行緒A與執行緒B 持有的是同一個物件:object
        ThreadA a = new ThreadA(object);
        ThreadB b = new ThreadB(object);
        a.start();
        b.start();
    }
}

由於執行緒A和執行緒B持有同一個MyObject類的物件object,儘管這兩個執行緒需要呼叫不同的方法,但是它們是同步執行的,比如:執行緒B需要等待執行緒A執行完了methodA()方法之後,它才能執行methodB()方法。這樣,執行緒A和執行緒B就實現了 通訊。

這種方式,本質上就是“共享記憶體”式的通訊。多個執行緒需要訪問同一個共享變數,誰拿到了鎖(獲得了訪問許可權),誰就可以執行。

 

②while輪詢的方式

程式碼如下:

 1 import java.util.ArrayList;
 2 import java.util.List;
 3 
 4 public class MyList {
 5 
 6     private List<String> list = new ArrayList<String>();
 7     public void add() {
 8         list.add("elements");
 9     }
10     public int size() {
11         return list.size();
12     }
13 }
14 
15 import mylist.MyList;
16 
17 public class ThreadA extends Thread {
18 
19     private MyList list;
20 
21     public ThreadA(MyList list) {
22         super();
23         this.list = list;
24     }
25 
26     @Override
27     public void run() {
28         try {
29             for (int i = 0; i < 10; i++) {
30                 list.add();
31                 System.out.println("添加了" + (i + 1) + "個元素");
32                 Thread.sleep(1000);
33             }
34         } catch (InterruptedException e) {
35             e.printStackTrace();
36         }
37     }
38 }
39 
40 import mylist.MyList;
41 
42 public class ThreadB extends Thread {
43 
44     private MyList list;
45 
46     public ThreadB(MyList list) {
47         super();
48         this.list = list;
49     }
50 
51     @Override
52     public void run() {
53         try {
54             while (true) {
55                 if (list.size() == 5) {
56                     System.out.println("==5, 執行緒b準備退出了");
57                     throw new InterruptedException();
58                 }
59             }
60         } catch (InterruptedException e) {
61             e.printStackTrace();
62         }
63     }
64 }
65 
66 import mylist.MyList;
67 import extthread.ThreadA;
68 import extthread.ThreadB;
69 
70 public class Test {
71 
72     public static void main(String[] args) {
73         MyList service = new MyList();
74 
75         ThreadA a = new ThreadA(service);
76         a.setName("A");
77         a.start();
78 
79         ThreadB b = new ThreadB(service);
80         b.setName("B");
81         b.start();
82     }
83 }

在這種方式下,執行緒A不斷地改變條件,執行緒ThreadB不停地通過while語句檢測這個條件(list.size()==5)是否成立 ,從而實現了執行緒間的通訊。但是這種方式會浪費CPU資源。之所以說它浪費資源,是因為JVM排程器將CPU交給執行緒B執行時,它沒做啥“有用”的工作,只是在不斷地測試 某個條件是否成立。就類似於現實生活中,某個人一直看著手機螢幕是否有電話來了,而不是: 在幹別的事情,當有電話來時,響鈴通知TA電話來了。關於執行緒的輪詢的影響,可參考:JAVA多執行緒之當一個執行緒在執行死迴圈時會影響另外一個執行緒嗎?

這種方式還存在另外一個問題:

輪詢的條件的可見性問題,關於記憶體可見性問題,可參考:

JAVA多執行緒之volatile 與 synchronized 的比較中的第一點“一,volatile關鍵字的可見性

執行緒都是先把變數讀取到本地執行緒棧空間,然後再去再去修改的本地變數。因此,如果執行緒B每次都在取本地的 條件變數,那麼儘管另外一個執行緒已經改變了輪詢的條件,它也察覺不到,這樣也會造成死迴圈。

 

③wait/notify機制

程式碼如下:

 1 import java.util.ArrayList;
 2 import java.util.List;
 3 
 4 public class MyList {
 5 
 6     private static List<String> list = new ArrayList<String>();
 7 
 8     public static void add() {
 9         list.add("anyString");
10     }
11 
12     public static int size() {
13         return list.size();
14     }
15 }
16 
17 
18 public class ThreadA extends Thread {
19 
20     private Object lock;
21 
22     public ThreadA(Object lock) {
23         super();
24         this.lock = lock;
25     }
26 
27     @Override
28     public void run() {
29         try {
30             synchronized (lock) {
31                 if (MyList.size() != 5) {
32                     System.out.println("wait begin "
33                             + System.currentTimeMillis());
34                     lock.wait();
35                     System.out.println("wait end  "
36                             + System.currentTimeMillis());
37                 }
38             }
39         } catch (InterruptedException e) {
40             e.printStackTrace();
41         }
42     }
43 }
44 
45 
46 public class ThreadB extends Thread {
47     private Object lock;
48 
49     public ThreadB(Object lock) {
50         super();
51         this.lock = lock;
52     }
53 
54     @Override
55     public void run() {
56         try {
57             synchronized (lock) {
58                 for (int i = 0; i < 10; i++) {
59                     MyList.add();
60                     if (MyList.size() == 5) {
61                         lock.notify();
62                         System.out.println("已經發出了通知");
63                     }
64                     System.out.println("添加了" + (i + 1) + "個元素!");
65                     Thread.sleep(1000);
66                 }
67             }
68         } catch (InterruptedException e) {
69             e.printStackTrace();
70         }
71     }
72 }
73 
74 public class Run {
75 
76     public static void main(String[] args) {
77 
78         try {
79             Object lock = new Object();
80 
81             ThreadA a = new ThreadA(lock);
82             a.start();
83 
84             Thread.sleep(50);
85 
86             ThreadB b = new ThreadB(lock);
87             b.start();
88         } catch (InterruptedException e) {
89             e.printStackTrace();
90         }
91     }
92 }

執行緒A要等待某個條件滿足時(list.size()==5),才執行操作。執行緒B則向list中新增元素,改變list 的size。

A,B之間如何通訊的呢?也就是說,執行緒A如何知道 list.size() 已經為5了呢?

這裡用到了Object類的 wait() 和 notify() 方法。

當條件未滿足時(list.size() !=5),執行緒A呼叫wait() 放棄CPU,並進入阻塞狀態。---不像②while輪詢那樣佔用CPU

當條件滿足時,執行緒B呼叫 notify()通知 執行緒A,所謂通知執行緒A,就是喚醒執行緒A,並讓它進入可執行狀態。

這種方式的一個好處就是CPU的利用率提高了。

但是也有一些缺點:比如,執行緒B先執行,一下子添加了5個元素並呼叫了notify()傳送了通知,而此時執行緒A還執行;當執行緒A執行並呼叫wait()時,那它永遠就不可能被喚醒了。因為,執行緒B已經發了通知了,以後不再發通知了。這說明:通知過早,會打亂程式的執行邏輯。

 

④管道通訊就是使用java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream進行通訊

具體就不介紹了。分散式系統中說的兩種通訊機制:共享記憶體機制和訊息通訊機制。感覺前面的①中的synchronized關鍵字和②中的while輪詢 “屬於” 共享記憶體機制,由於是輪詢的條件使用了volatile關鍵字修飾時,這就表示它們通過判斷這個“共享的條件變數“是否改變了,來實現程序間的交流。

而管道通訊,更像訊息傳遞機制,也就是說:通過管道,將一個執行緒中的訊息傳送給另一個。