Java线程面试题之线程间的通信方式

一，介绍

本总结我对于JAVA多线程中线程之间的通信方式的理解，主要以代码结合文字的方式来讨论线程间的通信，故摘抄了书中的一些示例代码。

二，线程间的通信方式

①同步

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。

参考示例：

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;

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

public class ThreadB extends Thread {

private MyObject object;

//省略构造方法
@Override
public void run() {
super.run();
object.methodB();
}
}

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();
}

}
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。在此我向大家推荐一个架构学习交流圈。交流学习指导伪鑫：1253431195（里面有大量的面试题及答案）里面会分享一些资深架构师录制的视频录像：有Spring，MyBatis，Netty源码分析，高并发、高性能、分布式、微服务架构的原理，JVM性能优化、分布式架构等这些成为架构师必备的知识体系。还能领取免费的学习资源，目前受益良多

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。

②while轮询的方式

代码如下：

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();
}

}

import mylist.MyList;

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();
    }
}

}

import mylist.MyList;

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();
    }
}

}

import mylist.MyList;
import extthread.ThreadA;
import extthread.ThreadB;

public class Test {

public static void main(String[] args) {
    MyList service = new MyList();

    ThreadA a = new ThreadA(service);
    a.setName("A");
    a.start();

    ThreadB b = new ThreadB(service);
    b.setName("B");
    b.start();
}

}
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。

③wait/notify机制

代码如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class MyList {

private static List list = new ArrayList();

public static void add() {
    list.add("anyString");
}

public static int size() {
    return list.size();
}

}

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();
    }
}

}

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();
    }
}

}

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();
    }
}

}
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。在此我向大家推荐一个架构学习交流圈。交流学习指导伪鑫：1253431195（里面有大量的面试题及答案）里面会分享一些资深架构师录制的视频录像：有Spring，MyBatis，Netty源码分析，高并发、高性能、分布式、微服务架构的原理，JVM性能优化、分布式架构等这些成为架构师必备的知识体系。还能领取免费的学习资源，目前受益良多

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。

④管道通信就是使用java.io.PipedInputStream 和java.io.PipedOutputStream进行通信

具体就不介绍了。分布式系统中说的两种通信机制：共享内存机制和消息通信机制。感觉前面的①中的synchronized关键字和②中的while轮询 “属于” 共享内存机制，由于是轮询的条件使用了volatile关键字修饰时，这就表示它们通过判断这个“共享的条件变量“是否改变了，来实现进程间的交流。

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。