4年工作经验?多线程间的5种通信方式需要提前掌握!

4年工作经验?多线程间的5种通信方式需要提前掌握!

问题

有两个线程,A 线程向一个集合里面依次添加元素“abc”字符串,一共添加十次,当添加到第五次的时候,希望 B 线程能够收到 A 线程的通知,然后 B 线程执行相关的业务操作。线程间通信的模型有两种:共享内存和消息传递,以下方式都是基本这两种模型来实现的。

一、使用 volatile 关键字

基于 volatile 关键字来实现线程间相互通信是使用共享内存的思想。大致意思就是多个线程同时监听一个变量,当这个变量发生变化的时候 ,线程能够感知并执行相应的业务。这也是最简单的一种实现方式

public class TestSync {
//定义共享变量来实现通信,它需要volatile修饰,否则线程不能及时感知
static volatile boolean notice = false;

public static void main(String[] args){
List<String> list = new ArrayList<>();
//线程A
Thread threadA = new Thread(() -> {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
list.add("abc");
System.out.println("线程A添加元素,此时list的size为:" + list.size());
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (list.size() == 5)
notice = true;
}
});
//线程B
Thread threadB = new Thread(() -> {
while (true) {
if (notice) {
System.out.println("线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
break;
}
}
});
//需要先启动线程B
threadB.start();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 再启动线程A
threadA.start();
}
}

二、使用 Object 类的 wait()/notify()

Object 类提供了线程间通信的方法:wait()notify()notifyAll(),它们是多线程通信的基础,而这种实现方式的思想自然是线程间通信。

注意:wait/notify 必须配合 synchronized 使用,wait 方法释放锁,notify 方法不释放锁。wait 是指在一个已经进入了同步锁的线程内,让自己暂时让出同步锁,以便其他正在等待此锁的线程可以得到同步锁并运行,只有其他线程调用了notify(),notify并不释放锁,只是告诉调用过wait()的线程可以去参与获得锁的竞争了,但不是马上得到锁,因为锁还在别人手里,别人还没释放,调用 wait() 的一个或多个线程就会解除 wait 状态,重新参与竞争对象锁,程序如果可以再次得到锁,就可以继续向下运行。

public class TestSync {
public static void main(String[] args){
//定义一个锁对象
Object lock = new Object();
List<String> list = new ArrayList<>();
// 线程A
Thread threadA = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
list.add("abc");
System.out.println("线程A添加元素,此时list的size为:" + list.size());
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (list.size() == 5)
lock.notify();//唤醒B线程
}
}
});
//线程B
Thread threadB = new Thread(() -> {
while (true) {
synchronized (lock) {
if (list.size() != 5) {
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
}
}
});
//需要先启动线程B
threadB.start();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//再启动线程A
threadA.start();
}
}

由输出结果,在线程 A 发出 notify() 唤醒通知之后,依然是走完了自己线程的业务之后,线程 B 才开始执行,正好说明 notify() 不释放锁,而 wait() 释放锁。

三、使用JUC工具类 CountDownLatch

jdk1.5 之后在java.util.concurrent包下提供了很多并发编程相关的工具类,简化了并发编程代码的书写,CountDownLatch 基于 AQS 框架,相当于也是维护了一个线程间共享变量 state。

public class TestSync {
public static void main(String[] args){
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
List<String> list = new ArrayList<>();
//线程A
Thread threadA = new Thread(() -> {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
list.add("abc");
System.out.println("线程A添加元素,此时list的size为:" + list.size());
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (list.size() == 5)
countDownLatch.countDown();
}
});
//线程B
Thread threadB = new Thread(() -> {
while (true) {
if (list.size() != 5) {
try {
countDownLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
break;
}
});
//需要先启动线程B
threadB.start();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//再启动线程A
threadA.start();
}
}

四、使用 ReentrantLock 结合 Condition

public class TestSync {
public static void main(String[] args){
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

List<String> list = new ArrayList<>();
//线程A
Thread threadA = new Thread(() -> {
lock.lock();
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
list.add("abc");
System.out.println("线程A添加元素,此时list的size为:" + list.size());
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (list.size() == 5)
condition.signal();
}
lock.unlock();
});
//线程B
Thread threadB = new Thread(() -> {
lock.lock();
if (list.size() != 5) {
try {
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
lock.unlock();
});
threadB.start();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
threadA.start();
}
}

这种方式使用起来并不是很好,代码编写复杂,而且线程 B 在被 A 唤醒之后由于没有获取锁还是不能立即执行,也就是说,A 在唤醒操作之后,并不释放锁。这种方法跟 Object 的 wait()/notify() 一样。

五、基本 LockSupport 实现线程间的阻塞和唤醒

LockSupport 是一种非常灵活的实现线程间阻塞和唤醒的工具,使用它不用关注是等待线程先进行还是唤醒线程先运行,但是得知道线程的名字。

public class TestSync {
public static void main(String[] args){
List<String> list = new ArrayList<>();
//线程B
final Thread threadB = new Thread(() -> {
if (list.size() != 5) {
LockSupport.park();
}
System.out.println("线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
});
//线程A
Thread threadA = new Thread(() -> {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
list.add("abc");
System.out.println("线程A添加元素,此时list的size为:" + list.size());
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (list.size() == 5)
LockSupport.unpark(threadB);
}
});
threadA.start();
threadB.start();
}
}
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