【35期】谈谈你对Java线程之间通信方式的理解

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面试刷图,查缺补漏

号外:****往期面试题,10篇为一个单位归置到本公众号菜单栏-面试题,有需要的欢迎翻阅。

多线程和并发,在平时开发中有些小伙伴用的不多,但是有些工作经验的面试中还是容易被问到的,故在之后几期先整理一些常见的多线程面试题供参考。

通信方式

  • ①同步
  • ②while轮询的方式
  • ③wait/notify机制
  • ④管道通信
  • 一,介绍

    本文总结我对于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。

    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 ListString list = new ArrayListString();
        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。

    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”

    http://www.cnblogs.com/hapjin/p/5492880.html

    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 ListString list = new ArrayListString();
    
        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。

    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。

    来源:cnblogs.com/hapjin/p/5492619.html

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