多线程的5种通信方式

た入场券 2024-02-21 04:26 10阅读 0赞

#### 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][AQS]，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();
        }
    }

[AQS]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njc5NjM1NQ==&mid=2247518271&idx=2&sn=121e2a3d2fef59a1e86376dbb44ec31f&chksm=ebd5b713dca23e05fc1dd3c6c77d08ca811d14729cba7f153a169cade7736e91b13bb650aba0&scene=21#wechat_redirect