三、线程间通信

3.1 线程间通信模型

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。我们来基本一道面试常见的题目来分析。

是事实上，线程间通信时通过维护volatile写-读语义和锁的写-读语义实现的。

由于Java的CAS同时具有volatile读和volatile写的内存语义，因此Java线程之间的通信现 在有了下面4种方式。
1）A线程写volatile变量，随后B线程读这个volatile变量。
2）A线程写volatile变量，随后B线程用CAS更新这个volatile变量。
3）A线程用CAS更新一个volatile变量，随后B线程用CAS更新这个volatile变量。
4）A线程用CAS更新一个volatile变量，随后B线程读这个volatile变量。

对于更深一步的概念可以学习《Java并发编程的艺术》

3.2 线程间通信案例：

场景：两个线程，一个线程对当前数值加 1，另一个线程对当前数值减 1，要求用线程间通信

3.2.1 Synchronized关键字方案

/**
 * @author LWJ
 * @date 2023/6/17
 */

// 1创建资源类，在资源类创建属性和操作方法。
class Share{
    private int number = 0;

    // 2在资源类操作方法
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        //判断
        if(number != 0){
            this.wait();
        }
        //干活
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
        //通知
        this.notifyAll();
    }
    public synchronized void decr() throws InterruptedException {
        //判断
        if(number != 1){
            this.wait();
        }
        //干活
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
        //通知
        this.notifyAll();
    }
}
public class ThreadCommunicationExample1 {

    // 3创建多个线程，调用资源类的操作方法。
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();
        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.incr();
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-A").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.decr();
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-B").start();
    }
}

两个线程时，并没有问题，那我再加两个线程呢？

3.2.2 虚假唤醒

/**
 * @author LWJ
 * @date 2023/6/17
 */

// 1创建资源类，在资源类创建属性和操作方法。
class Share{
    private int number = 0;

    // 2在资源类操作方法
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        //判断
        if(number != 0){
            this.wait();
        }
        //干活
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
        //通知
        this.notifyAll();
    }
    public synchronized void decr() throws InterruptedException {
        //判断
        if(number != 1){
            this.wait();
        }
        //干活
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
        //通知
        this.notifyAll();
    }
}
public class ThreadCommunicationExample1 {

    // 3创建多个线程，调用资源类的操作方法。
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();
        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.incr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-A").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.decr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-B").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.incr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-C").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.decr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-D").start();
    }
}

卧槽？出问题了，输出

D:\CodingEnvironment\JDK1.8\bin\java.exe "-javaagent:D:\CoderTools\IntelliJ IDEA 2022.3.3\lib\idea_rt.jar=60149:D:\CoderTools\IntelliJ IDEA 2022.3.3\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\charsets.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\deploy.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\javaws.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\jce.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\jfr.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\jfxswt.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\jsse.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\management-agent.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\plugin.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\resources.jar;D:\CodingEnvironment\JDK1.8\jre\lib\rt.jar;D:\CodeWorkpace\idea-workspace\juc-study\out\production\juc-study ThreadCommunicationExample1
thread-A===number : 1
thread-B===number : 0
thread-A===number : 1
thread-B===number : 0
thread-A===number : 1
thread-B===number : 0
thread-A===number : 1
thread-B===number : 0
thread-C===number : 1
thread-A===number : 2
thread-C===number : 3
thread-B===number : 2
thread-D===number : 1
thread-D===number : 0
thread-C===number : 1
thread-A===number : 2
thread-C===number : 3
thread-D===number : 2
thread-B===number : 1
thread-B===number : 0
thread-D===number : -1
thread-C===number : 0
thread-C===number : 1
thread-A===number : 2
thread-C===number : 3
thread-D===number : 2
thread-B===number : 1
thread-B===number : 0
thread-D===number : -1
thread-C===number : 0
thread-C===number : 1
thread-A===number : 2
thread-C===number : 3
thread-D===number : 2
thread-B===number : 1
thread-D===number : 0
thread-A===number : 1
thread-D===number : 0
thread-A===number : 1
thread-D===number : 0
Process finished with exit code 0

这尼玛咋错了？其实这就是虚假唤醒问题
由于wait()的特新是“在哪里睡，在那里醒”，导致如果使用if判断，当”醒了“后，后续的操作会继续进行。导致出错。
解决办法是：使用while即使行了，还会继续判断是否向下执行。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author LWJ
 * @date 2023/6/18
 */
// 1创建资源类，在资源类创建属性和操作方法。
class Share2{
    private int number = 0;

    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    // 2在资源类操作方法
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        //判断
        while(number != 0){
            this.wait();
        }
        //干活
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
        //通知
        this.notifyAll();
    }
    public synchronized void decr() throws InterruptedException {
        //判断
        while (number != 1){
            this.wait();
        }
        //干活
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
        //通知
        this.notifyAll();
    }
}
public class ThreadCommunicationExample2 {

    // 3创建多个线程，调用资源类的操作方法。
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();
        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.incr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-A").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.decr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-B").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.incr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-C").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share.decr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-D").start();
    }
}

3.2.3 Lock方案

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author LWJ
 * @date 2023/6/18
 */
// 1创建资源类，在资源类创建属性和操作方法。
class Share2{
    private int number = 0;

    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    // 2在资源类操作方法
    public void incr() throws InterruptedException {
        try{
            lock.lock();
            //判断
            while(number != 0){
                condition.await();
            }
            //干活
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
            //通知
            condition.signalAll();
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void decr() throws InterruptedException {
        try{
            lock.lock();
            //判断
            while(number != 1){
                condition.await();
            }
            //干活
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "number : " + number);
            //通知
            condition.signalAll();
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
public class ThreadCommunicationExample2 {

    // 3创建多个线程，调用资源类的操作方法。
    public static void main(String[] args) {
        Share2 share2 = new Share2();
        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.incr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-A").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.decr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-B").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.incr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-C").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.decr();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-D").start();
    }
}

3.2.4 Condition接口

1. 所有已知实现类：

• AbstractQueuedLongSynchronizer.ConditionObject,
• AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject这应该时AQS，基础阶段先放下，高级篇时候学

2. 介绍

Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set（wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。
Condition（也称为_条件队列_ 或_条件变量_）为线程提供了一个含义，以便在某个状态条件现在可能为 true 的另一个线程通知它之前，一直挂起该线程（即让其“等待”）。因为访问此共享状态信息发生在不同的线程中，所以它必须受保护，因此要将某种形式的锁与该条件相关联。wait提供一个条件的主要属性是：以原子方式 释放相关的锁，并挂起当前线程，就像 Object.wait 做的那样。
Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其 newCondition() 方法。
作为一个示例，假定有一个绑定的缓冲区，它支持 put 和 take 方法。如果试图在空的缓冲区上执行 take 操作，则在某一个项变得可用之前，线程将一直阻塞；如果试图在满的缓冲区上执行 put 操作，则在有空间变得可用之前，线程将一直阻塞。我们喜欢在单独的等待 set 中保存 put 线程和 take 线程，这样就可以在缓冲区中的项或空间变得可用时利用最佳规划，一次只通知一个线程。可以使用两个 Condition 实例来做到这一点。

3. 方法摘要

方法摘要
void	await()
造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。
boolean	await(long time, TimeUnit unit)
造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。
long	awaitNanos(long nanosTimeout)
造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。
void	awaitUninterruptibly()
造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。
boolean	awaitUntil(Date deadline)
造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态。
void	signal()
唤醒一个等待线程。
void	signalAll()
唤醒所有等待线程。

Condition (Java Platform SE 6)

3.3 线程间定制化通信

3.3.1 线程按指定顺序打印案例

3.3.2 案例代码

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * @author LWJ
 * @date 2023/6/18
 */

//创建资源类，创建其属性和操作方法
class ShareResource{
    private int flag = 1;   //1表示线程A  2表示线程B  3表示线程C

    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition conditionA = lock.newCondition();
    Condition conditionB = lock.newCondition();
    Condition conditionC = lock.newCondition();

    //定义操作
    public void peint5(int loop) throws InterruptedException {
        try{
            lock.lock();
            //判断
            while(flag != 1){
                conditionA.await();
            }
            //干活
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "===" + i + "===" + "轮数" + loop);
            }
            //通知
            flag = 2;
            conditionB.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void peint10(int loop) throws InterruptedException {
        try{
            lock.lock();
            //判断
            while(flag != 2){
                conditionB.await();
            }
            //干活
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "===" + i + "===" + "轮数" + loop);
            }
            //通知
            flag = 3;
            conditionC.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void peint15(int loop) throws InterruptedException {
        try{
            lock.lock();
            //判断
            while(flag != 3){
                conditionC.await();
            }
            //干活
            for (int i = 0; i < 15; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "===" + i + "===" + "轮数" + loop);
            }
            //通知
            flag = 1;
            conditionA.signal();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class ThreadCommunicationExample3 {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResource shareResource = new ShareResource();
        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                    shareResource.peint5(i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-A").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                    shareResource.peint10(i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-B").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                    shareResource.peint15(i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        },"thread-C").start();
    }
}