java怎么實現線程通信

java怎么實現線程通信，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

等待通知機制

等待通知模式是 Java 中比較經典的線程通信方式。
兩個線程通過對同一對象調用等待 wait() 和通知 notify() 方法來進行通訊。

如兩個線程交替打印奇偶數：

public class TwoThreadWaitNotify {
private int start = 1;
private boolean flag = false;
public static void main(String[] args) {
TwoThreadWaitNotify twoThread = new TwoThreadWaitNotify();
Thread t1 = new Thread(new OuNum(twoThread));
t1.setName("A");
Thread t2 = new Thread(new JiNum(twoThread));
t2.setName("B");
t1.start();
t2.start();
}
/**
* 偶數線程
*/
public static class OuNum implements Runnable {
private TwoThreadWaitNotify number;
public OuNum(TwoThreadWaitNotify number) {
this.number = number;
}
@Override
public void run() {
while (number.start <= 100) {
synchronized (TwoThreadWaitNotify.class) {
System.out.println("偶數線程搶到鎖了");
if (number.flag) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "+-+偶數" + number.start);
number.start++;
number.flag = false;
TwoThreadWaitNotify.class.notify();
}else {
try {
TwoThreadWaitNotify.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
/**
* 奇數線程
*/
public static class JiNum implements Runnable {
private TwoThreadWaitNotify number;
public JiNum(TwoThreadWaitNotify number) {
this.number = number;
}
@Override
public void run() {
while (number.start <= 100) {
synchronized (TwoThreadWaitNotify.class) {
System.out.println("奇數線程搶到鎖了");
if (!number.flag) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "+-+奇數" + number.start);
number.start++;
number.flag = true;
TwoThreadWaitNotify.class.notify();
}else {
try {
TwoThreadWaitNotify.class.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
}

輸出結果：

t2+-+奇數93
t1+-+偶數94
t2+-+奇數95
t1+-+偶數96
t2+-+奇數97
t1+-+偶數98
t2+-+奇數99
t1+-+偶數100

這里的線程 A 和線程 B 都對同一個對象 TwoThreadWaitNotify.class 獲取鎖，A 線程調用了同步對象的 wait() 方法釋放了鎖并進入 WAITING 狀態。

B 線程調用了 notify() 方法，這樣 A 線程收到通知之后就可以從 wait() 方法中返回。

這里利用了 TwoThreadWaitNotify.class 對象完成了通信。

有一些需要注意:

• wait() 、nofify() 、nofityAll() 調用的前提都是獲得了對象的鎖(也可稱為對象監視器)。

• 調用 wait() 方法后線程會釋放鎖，進入 WAITING 狀態，該線程也會被移動到等待隊列中。

• 調用 notify() 方法會將等待隊列中的線程移動到同步隊列中，線程狀態也會更新為 BLOCKED

• 從 wait() 方法返回的前提是調用 notify() 方法的線程釋放鎖，wait() 方法的線程獲得鎖。

等待通知有著一個經典范式：

線程 A 作為消費者：

1.獲取對象的鎖。

2.進入 while(判斷條件)，并調用 wait() 方法。

3.當條件滿足跳出循環執行具體處理邏輯。

線程 B 作為生產者:

1.獲取對象鎖。

2.更改與線程 A 共用的判斷條件。

3.調用 notify() 方法。

偽代碼如下:

//Thread A
synchronized(Object){
while(條件){
Object.wait();
}
//do something
}
//Thread B
synchronized(Object){
條件=false;//改變條件
Object.notify();
}

join() 方法

private static void join() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("running");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}) ;
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("running2");
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}) ;
t1.start();
t2.start();
//等待線程1終止
t1.join();
//等待線程2終止
t2.join();
LOGGER.info("main over");
}

輸出結果:

2018-03-16 20:21:30.967 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - running2
2018-03-16 20:21:30.967 [Thread-0] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - running
2018-03-16 20:21:34.972 [main] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - main over

在 t1.join() 時會一直阻塞到 t1 執行完畢，所以最終主線程會等待 t1 和 t2 線程執行完畢。

其實從源碼可以看出，join() 也是利用的等待通知機制：

核心邏輯:

while (isAlive()) {
wait(0);
}

在 join 線程完成后會調用 notifyAll() 方法，是在 JVM 實現中調用，所以這里看不出來。

volatile 共享內存

因為 Java 是采用共享內存的方式進行線程通信的，所以可以采用以下方式用主線程關閉 A 線程:

public class Volatile implements Runnable{
private static volatile boolean flag = true ;
@Override
public void run() {
while (flag){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在運行。。。");
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"執行完畢");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Volatile aVolatile = new Volatile();
new Thread(aVolatile,"thread A").start();
System.out.println("main 線程正在運行") ;
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100) ;
aVolatile.stopThread();
}
private void stopThread(){
flag = false ;
}
}

輸出結果：

thread A正在運行。。。
thread A正在運行。。。
thread A正在運行。。。
thread A正在運行。。。
thread A執行完畢

這里的 flag 存放于主內存中，所以主線程和線程 A 都可以看到。

flag 采用 volatile 修飾主要是為了內存可見性，更多內容可以查看這里。

CountDownLatch 并發工具

CountDownLatch 可以實現 join 相同的功能，但是更加的靈活。

private static void countDownLatch() throws Exception{
int thread = 3 ;
long start = System.currentTimeMillis();
final CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(thread);
for (int i= 0 ;i<thread ; i++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("thread run");
try {
Thread.sleep(2000);
countDown.countDown();
LOGGER.info("thread end");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
countDown.await();
long stop = System.currentTimeMillis();
LOGGER.info("main over total time={}",stop-start);
}

輸出結果:

2018-03-16 20:19:44.126 [Thread-0] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread run
2018-03-16 20:19:44.126 [Thread-2] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread run
2018-03-16 20:19:44.126 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread run
2018-03-16 20:19:46.136 [Thread-2] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread end
2018-03-16 20:19:46.136 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread end
2018-03-16 20:19:46.136 [Thread-0] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread end
2018-03-16 20:19:46.136 [main] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - main over total time=2012

CountDownLatch 也是基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer) 實現的，更多實現參考 ReentrantLock 實現原理

• 初始化一個 CountDownLatch 時告訴并發的線程，然后在每個線程處理完畢之后調用 countDown() 方法。

• 該方法會將 AQS 內置的一個 state 狀態 -1 。

• 最終在主線程調用 await() 方法，它會阻塞直到state == 0的時候返回。

CyclicBarrier 并發工具

private static void cyclicBarrier() throws Exception {
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3) ;
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("thread run");
try {
cyclicBarrier.await() ;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
LOGGER.info("thread end do something");
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("thread run");
try {
cyclicBarrier.await() ;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
LOGGER.info("thread end do something");
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("thread run");
try {
Thread.sleep(5000);
cyclicBarrier.await() ;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
LOGGER.info("thread end do something");
}
}).start();
LOGGER.info("main thread");
}

CyclicBarrier 中文名叫做屏障或者是柵欄，也可以用于線程間通信。

它可以等待 N 個線程都達到某個狀態后繼續運行的效果。

1.首先初始化線程參與者。

2.調用await()將會在所有參與者線程都調用之前等待。

3.直到所有參與者都調用了await()后，所有線程從await()返回繼續后續邏輯。

運行結果:

2018-03-18 22:40:00.731 [Thread-0] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread run
2018-03-18 22:40:00.731 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread run
2018-03-18 22:40:00.731 [Thread-2] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread run
2018-03-18 22:40:00.731 [main] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - main thread
2018-03-18 22:40:05.741 [Thread-0] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread end do something
2018-03-18 22:40:05.741 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread end do something
2018-03-18 22:40:05.741 [Thread-2] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - thread end do something

可以看出由于其中一個線程休眠了五秒，所有其余所有的線程都得等待這個線程調用 await() 。

該工具可以實現 CountDownLatch 同樣的功能，但是要更加靈活。甚至可以調用 reset() 方法重置 CyclicBarrier (需要自行捕獲 BrokenBarrierException 處理) 然后重新執行。

線程響應中斷

public class StopThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
while ( !Thread.currentThread().isInterrupted()) {
// 線程執行具體邏輯
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運行中。。");
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "退出。。");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new StopThread(), "thread A");
thread.start();
System.out.println("main 線程正在運行") ;
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10) ;
thread.interrupt();
}
}

輸出結果:

thread A運行中。。
thread A運行中。。
thread A退出。。

可以采用中斷線程的方式來通信，調用了 thread.interrupt() 方法其實就是將 thread 中的一個標志屬性置為了 true。

并不是說調用了該方法就可以中斷線程，如果不對這個標志進行響應其實是沒有什么作用(這里對這個標志進行了判斷)。

但是如果拋出了 InterruptedException 異常，該標志就會被 JVM 重置為 false。

線程池 awaitTermination() 方法

如果是用線程池來管理線程，可以使用以下方式來讓主線程等待線程池中所有任務執行完畢:

private static void executorService() throws Exception{
BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<>(10) ;
ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5,5,1, TimeUnit.MILLISECONDS,queue) ;
poolExecutor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("running");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
poolExecutor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("running2");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
poolExecutor.shutdown();
while (!poolExecutor.awaitTermination(1,TimeUnit.SECONDS)){
LOGGER.info("線程還在執行。。。");
}
LOGGER.info("main over");
}

輸出結果:

2018-03-16 20:18:01.273 [pool-1-thread-2] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - running2
2018-03-16 20:18:01.273 [pool-1-thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - running
2018-03-16 20:18:02.273 [main] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - 線程還在執行。。。
2018-03-16 20:18:03.278 [main] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - 線程還在執行。。。
2018-03-16 20:18:04.278 [main] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - main over

使用這個 awaitTermination() 方法的前提需要關閉線程池，如調用了 shutdown() 方法。

調用了 shutdown() 之后線程池會停止接受新任務，并且會平滑的關閉線程池中現有的任務。

管道通信

public static void piped() throws IOException {
//面向于字符 PipedInputStream 面向于字節
PipedWriter writer = new PipedWriter();
PipedReader reader = new PipedReader();
//輸入輸出流建立連接
writer.connect(reader);
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("running");
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
writer.write(i+"");
Thread.sleep(10);
}
} catch (Exception e) {
} finally {
try {
writer.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
LOGGER.info("running2");
int msg = 0;
try {
while ((msg = reader.read()) != -1) {
LOGGER.info("msg={}", (char) msg);
}
} catch (Exception e) {
}
}
});
t1.start();
t2.start();
}

輸出結果:

2018-03-16 19:56:43.014 [Thread-0] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - running
2018-03-16 19:56:43.014 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - running2
2018-03-16 19:56:43.130 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=0
2018-03-16 19:56:43.132 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=1
2018-03-16 19:56:43.132 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=2
2018-03-16 19:56:43.133 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=3
2018-03-16 19:56:43.133 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=4
2018-03-16 19:56:43.133 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=5
2018-03-16 19:56:43.133 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=6
2018-03-16 19:56:43.134 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=7
2018-03-16 19:56:43.134 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=8
2018-03-16 19:56:43.134 [Thread-1] INFO c.c.actual.ThreadCommunication - msg=9

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