线程间通信
参考：
JAVA多线程之线程间的通信方式
JAVA线程与线程、进程与进程间通信
对上述两篇博客进行了整理，并在JDK8下运行了实验代码进行测试。
线程间的通信方式：
1、共享变量
2、wait/notify机制
3、Lock/Condition机制
4、管道
方式一、共享变量/Shared Memory （synchronized）
这里讲的同步是指多个线程通过synchronized关键字这种方式来实现线程间的通信。
package testCode;
public class MyObject {
synchronized public void methodA() {
//do something....
System.out.println("A");
}
synchronized public void methodB() {
//do some other thing
System.out.println("B");
}
}
package testCode;
public class ThreadA extends Thread {
private MyObject object;
public ThreadA(MyObject object2) {
// TODO Auto-generated constructor stub
this.object = object2;
}
//省略构造方法
@Override
public void run() {
super.run();
object.methodA();
}
}
package testCode;
public class ThreadB extends Thread {
private MyObject object;
public ThreadB(MyObject object2) {
// TODO Auto-generated constructor stub
this.object = object2;
}
//省略构造方法
@Override
public void run() {
super.run();
object.methodB();
}
}package testCode;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyObject object = new MyObject();
//线程A与线程B 持有的是同一个对象:object
ThreadA a = new ThreadA(object);
ThreadB b = new ThreadB(object);
a.start();
b.start();
}
}运行结果：
A
B
由于线程A和线程B持有同一个MyObject类的对象object，尽管这两个线程需要调用不同的方法，但是它们是同步执行的，比如：线程B需要等待线程A执行完了methodA()方法之后，它才能执行methodB()方法。这样，线程A和线程B就实现了 通信。
这种方式，本质上就是“共享内存”式的通信。多个线程需要访问同一个共享变量，谁拿到了锁（获得了访问权限），谁就可以执行。
方式一、Shared Memory（while轮询的方式）
package testCode;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class MyList {
private List list = new ArrayList();
public void add() {
list.add("elements");
}
public int size() {
return list.size();
}
}
package testCode;
public class ThreadA extends Thread {
private MyList list;
public ThreadA(MyList list) {
super();
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
list.add();
System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素");
Thread.sleep(1000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
package testCode;
public class ThreadB extends Thread {
private MyList list;
public ThreadB(MyList list) {
super();
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
if (list.size() == 5) {
System.out.println("==5, 线程b准备退出了");
throw new InterruptedException();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyList list = new MyList();
ThreadA a = new ThreadA(list);
a.setName("A");
a.start();
ThreadB b = new ThreadB(list);
b.setName("B");
b.start();
}
}运行结果：
添加了1个元素
添加了2个元素
添加了3个元素
添加了4个元素
添加了5个元素
添加了6个元素
添加了7个元素
添加了8个元素
添加了9个元素
添加了10个元素
陷入死循环….在这种方式下，线程A不断地改变条件，线程ThreadB不停地通过while语句检测这个条件(list.size()==5)是否成立 ，从而实现了线程间的通信。但是这种方式会浪费CPU资源。之所以说它浪费资源，是因为JVM调度器将CPU交给线程B执行时，它没做啥“有用”的工作，只是在不断地测试 某个条件是否成立。就类似于现实生活中，某个人一直看着手机屏幕是否有电话来了，而不是： 在干别的事情，当有电话来时，响铃通知TA电话来了。关于线程的轮询的影响，可参考：JAVA多线程之当一个线程在执行死循环时会影响另外一个线程吗？
这种方式还存在另外一个问题：
轮询的条件的可见性问题，关于内存可见性问题，可参考：JAVA多线程之volatile 与 synchronized 的比较中的第一点“一，volatile关键字的可见性”
线程都是先把变量读取到本地线程栈空间，然后再去再去修改的本地变量。因此，如果线程B每次都在取本地的 条件变量，那么尽管另外一个线程已经改变了轮询的条件，它也察觉不到，这样也会造成死循环。
方式二、wait/notify机制
package testCode;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class MyList {
private static List list = new ArrayList();
public static void add() {
list.add("elements");
}
public static int size() {
return list.size();
}
}
package testCode;
public class ThreadA extends Thread {
private Object lock;
public ThreadA(Object lock) {
super();
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
try {
synchronized (lock) {
if (MyList.size() != 5) {
System.out.println("wait begin "
+ System.currentTimeMillis());
lock.wait();
System.out.println("wait end "
+ System.currentTimeMillis());
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
package testCode;
public class ThreadB extends Thread {
private Object lock;
public ThreadB(Object lock) {
super();
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
try {
synchronized (lock) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
MyList.add();
if (MyList.size() == 5) {
lock.notify();
System.out.println("已经发出了通知");
}
System.out.println("添加了" + (i + 1) + "个元素!");
Thread.sleep(1000);
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}package testCode;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
try {
Object lock = new Object();
ThreadA a = new ThreadA(lock);
a.start();
Thread.sleep(50);
ThreadB b = new ThreadB(lock);
b.start();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}运行结果：
wait begin 1504599622985
添加了1个元素!
添加了2个元素!
添加了3个元素!
添加了4个元素!
已经发出了通知
添加了5个元素!
添加了6个元素!
添加了7个元素!
添加了8个元素!
添加了9个元素!
添加了10个元素!
wait end 1504599633035
线程A要等待某个条件满足时(list.size()==5)，才执行操作。线程B则向list中添加元素，改变list 的size。
A,B之间如何通信的呢？也就是说，线程A如何知道 list.size() 已经为5了呢？
这里用到了Object类的 wait() 和 notify() 方法。
当条件未满足时(list.size() !=5)，线程A调用wait() 放弃CPU，并进入阻塞状态。—不像②while轮询那样占用CPU
当条件满足时，线程B调用 notify()通知 线程A，所谓通知线程A，就是唤醒线程A，并让它进入可运行状态。
这种方式的一个好处就是CPU的利用率提高了。
但是也有一些缺点：比如，线程B先执行，一下子添加了5个元素并调用了notify()发送了通知，而此时线程A还执行；当线程A执行并调用wait()时，那它永远就不可能被唤醒了。因为，线程B已经发了通知了，以后不再发通知了。这说明：通知过早，会打乱程序的执行逻辑。
方法三、管道通信
就是使用java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream进行通信
管道流是JAVA中线程通讯的常用方式之一，基本流程如下：
1）创建管道输出流PipedOutputStream pos和管道输入流PipedInputStream pis
2）将pos和pis匹配，pos.connect(pis);
3）将pos赋给信息输入线程，pis赋给信息获取线程，就可以实现线程间的通讯了
而管道通信，更像消息传递机制，也就是说：通过管道，将一个线程中的消息发送给另一个。
package testCode;
import java.io.IOException;
import java.io.PipedInputStream;
import java.io.PipedOutputStream;
public class testPipeConnection {
public static void main(String[] args) {
/**
* 创建管道输出流
*/
PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
/**
* 创建管道输入流
*/
PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
try {
/**
* 将管道输入流与输出流连接 此过程也可通过重载的构造函数来实现
*/
pos.connect(pis);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
/**
* 创建生产者线程
*/
Producer p = new Producer(pos);
/**
* 创建消费者线程
*/
Consumer1 c1 = new Consumer1(pis);
/**
* 启动线程
*/
p.start();
c1.start();
}
}
/**
* 生产者线程(与一个管道输出流相关联)
*
*/
class Producer extends Thread {
private PipedOutputStream pos;
public Producer(PipedOutputStream pos) {
this.pos = pos;
}
public void run() {
int i = 0;
try {
while(true)
{
this.sleep(3000);
System.out.println("producer: "+i);
pos.write(i);
i++;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 消费者线程(与一个管道输入流相关联)
*
*/
class Consumer1 extends Thread {
private PipedInputStream pis;
public Consumer1(PipedInputStream pis) {
this.pis = pis;
}
public void run() {
try {
while(true)
{
System.out.println("consumer1:"+pis.read());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}可以看到producer线程往consumer1线程发送数据：
producer: 0
consumer1:0
producer: 1
consumer1:1
producer: 2
consumer1:2
producer: 3
consumer1:3
producer: 4
consumer1:4
producer: 5
consumer1:5
producer: 6
管道流虽然使用起来方便，但是也有一些缺点
1）管道流只能在两个线程之间传递数据
线程consumer1和consumer2同时从pis中read数据，当线程producer往管道流中写入一段数据后，每一个时刻只有一个线程能获取到数据，并不是两个线程都能获取到producer发送来的数据，因此一个管道流只能用于两个线程间的通讯。不仅仅是管道流，其他IO方式都是一对一传输。
2）管道流只能实现单向发送，如果要两个线程之间互通讯，则需要两个管道流（半双工方式）
可以看到上面的例子中，线程producer通过管道流向线程consumer发送数据，如果线程consumer想给线程producer发送数据，则需要新建另一个管道流pos1和pis1，将pos1赋给consumer1，将pis1赋给producer，具体例子本文不再多说。
方法四、Lock/Condition机制（同步一种）
如果程序不使用synchronized关键字来保持同步，而是直接适用Lock对像来保持同步，则系统中不存在隐式的同步监视器对象，也就不能使用wait()、notify()、notifyAll()来协调线程的运行.
当使用LOCK对象保持同步时，Java为我们提供了Condition类来协调线程的运行。关于Condition类，JDK文档里进行了详细的解释.，再次就不啰嗦了。
假设系统中有两条线程，这两条线程分别代表取钱者和存钱者。现在系统有一种特殊的要求，系统要求存款者和取钱者不断的实现存款和取钱动作，而且要求每当存款者将钱存入指定账户后，取钱者立即将钱取走.不允许存款者两次存钱，也不允许取钱者两次取钱。
我们通过设置一个旗标来标识账户中是否已有存款，有就为true,没有就标为false。具体代码如下:
首先我们定义一个Account类，这个类中有取钱和存钱的两个方法，由于这两个方法可能需要并发的执行取钱、存钱操作，所有将这两个方法都修改为同步方法.(使用synchronized关键字)。
package testCode;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Account {
//显示定义Lock对象
private final Lock lock=new ReentrantLock();
//获得指定Lock对象对应的条件变量
private final Condition con=lock.newCondition();
private String accountNo;
private double balance;
//标识账户中是否有存款的旗标
private boolean flag=false;
public Account() {
super();
}
public Account(String accountNo, double balance) {
super();
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
}
public void draw (double drawAmount){
//加锁
lock.lock();
try {
if(!flag){
// this.wait();
con.await();
}else {
//取钱
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 取钱:"+drawAmount);
balance=balance-drawAmount;
System.out.println("余额 : "+balance);
//将标识账户是否已有存款的标志设为false
flag=false;
//唤醒其它线程
// this.notifyAll();
con.signalAll();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
finally{
lock.unlock();
}
}
public void deposit(double depositAmount){
//加锁
lock.lock();
try {
if(flag){
// this.wait();
con.await();
}
else{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"存钱"+depositAmount);
balance=balance+depositAmount;
System.out.println("账户余额为："+balance);
flag=true;
//唤醒其它线程
// this.notifyAll();
con.signalAll();
}
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
e.printStackTrace();
}finally{
lock.unlock();
}
}
} package testCode;
public class DrawThread implements Runnable {
private Account account;
private double drawAmount;
public DrawThread(Account account, double drawAmount) {
super();
this.account = account;
this.drawAmount = drawAmount;
}
public void run() {
for(int i=0;i<4;i++){
account.draw(drawAmount);
}
}
} package testCode;
public class depositThread implements Runnable {
private Account account;
private double depositAmount;
public depositThread(Account account, double drawAmount) {
super();
this.account = account;
this.depositAmount = drawAmount;
}
public void run() {
for(int i=0;i<5;i++){
account.deposit(depositAmount);
}
}
}
package testCode;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
//创建一个账户
Account account=new Account();
new Thread(new DrawThread(account, 800),"取钱者").start();
new Thread(new depositThread(account, 800),"存款者甲").start();
new Thread(new depositThread(account, 800),"存款者乙").start();
new Thread(new depositThread(account, 800),"存款者丙").start();
}
}运行结果：
存款者甲存钱800.0
账户余额为：800.0
取钱者 取钱:800.0
余额 : 0.0
存款者乙存钱800.0
账户余额为：800.0
取钱者 取钱:800.0
余额 : 0.0
存款者甲存钱800.0
账户余额为：800.0
取钱者 取钱:800.0
余额 : 0.0
存款者甲存钱800.0
账户余额为：800.0