Java线程通信
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 List<String> list = new ArrayList<String>();
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
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class MyList {
private static List<String> list = new ArrayList<String>();
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。
1.如何让两个线程依次执行？
2.那如何让 两个线程按照指定方式有序交叉运行呢？
3.四个线程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全执行完毕后才执行，而且 A B C 是同步运行的
4.三个运动员各自准备，等到三个人都准备好后，再一起跑
5.子线程完成某件任务后，把得到的结果回传给主线程
1.如何让两个线程依次执行？
假设有两个线程，一个是线程 A，另一个是线程 B，两个线程分别依次打印 1-3 三个数字即可。我们来看下代码：
private static void demo1() {
Thread A = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
printNumber("A");
}
});
Thread B = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
printNumber("B");
}
});
A.start();
B.start();
}
其中的 printNumber(String) 实现如下，用来依次打印 1, 2, 3 三个数字：
private static void printNumber(String threadName) {
int i=0;
while (i++ < 3) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(threadName + "print:" + i);
}
}
这时我们得到的结果是：
B print: 1
A print: 1
B print: 2
A print: 2
B print: 3
A print: 3
可以看到 A 和 B 是同时打印的。
那么，如果我们希望 B 在 A 全部打印 完后再开始打印呢？我们可以利用 thread.join() 方法，代码如下:
private static void demo2() {
Thread A = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
printNumber("A");
}
});
Thread B = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("B 开始等待 A");
try {
A.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
printNumber("B");
}
});
B.start();
A.start();
}
得到的结果如下：
B 开始等待 A
A print: 1
A print: 2
A print: 3
B print: 1
B print: 2
B print: 3
所以我们能看到 A.join() 方法会让 B 一直等待直到 A 运行完毕。
2.那如何让 两个线程按照指定方式有序交叉运行呢？
还是上面那个例子，我现在希望 A 在打印完 1 后，再让 B 打印 1, 2, 3，最后再回到 A 继续打印 2, 3。这种需求下，显然 Thread.join() 已经不能满足了。我们需要更细粒度的锁来控制执行顺序。
这里，我们可以利用 object.wait() 和 object.notify() 两个方法来实现。代码如下：
/**
* A 1, B 1, B 2, B 3, A 2, A 3
*/
private static void demo3() {
Object lock = new Object();
Thread A = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (lock) {
System.out.println("A 1");
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("A 2");
System.out.println("A 3");
}
}
});
Thread B = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (lock) {
System.out.println("B 1");
System.out.println("B 2");
System.out.println("B 3");
lock.notify();
}
}
});
A.start();
B.start();
} 打印结果如下：
A 1
A waiting…
B 1
B 2
B 3
A 2
A 3
正是我们要的结果。
3.四个线程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全执行完毕后才执行，而且 A B C 是同步运行的
最开始我们介绍了 thread.join()，可以让一个线程等另一个线程运行完毕后再继续执行，那我们可以在 D 线程里依次 join A B C，不过这也就使得 A B C 必须依次执行，而我们要的是这三者能同步运行。
或者说，我们希望达到的目的是：A B C 三个线程同时运行，各自独立运行完后通知 D；对 D 而言，只要 A B C 都运行完了，D 再开始运行。针对这种情况，我们可以利用 CountdownLatch 来实现这类通信方式。它的基本用法是：
创建一个计数器，设置初始值，CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2); 在 等待线程 里调用 countDownLatch.await() 方法，进入等待状态，直到计数值变成 0； 在 其他线程 里，调用 countDownLatch.countDown() 方法，该方法会将计数值减小 1； 当 其他线程 的 countDown() 方法把计数值变成 0 时，等待线程 里的 countDownLatch.await() 立即退出，继续执行下面的代码。 实现代码如下：
private static void runDAfterABC() {
int worker = 3;
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(worker);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("D is waiting for other three threads");
try {
countDownLatch.await();
System.out.println("All done, D starts working");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
for (char threadName='A'; threadName <= 'C'; threadName++) {
final String tN = String.valueOf(threadName);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(tN + "is working");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(tN + "finished");
countDownLatch.countDown();
}
}).start();
} }
下面是运行结果：
D is waiting for other three threads
A is working
B is working
C is working
A finished
C finished
B finished
All done, D starts working 其实简单点来说，CountDownLatch 就是一个倒计数器，我们把初始计数值设置为3，当 D 运行时，先调用 countDownLatch.await() 检查计数器值是否为 0，若不为 0 则保持等待状态；当A B C 各自运行完后都会利用countDownLatch.countDown()，将倒计数器减 1，当三个都运行完后，计数器被减至 0；此时立即触发 D 的 await() 运行结束，继续向下执行。
因此，CountDownLatch 适用于一个线程去等待多个线程的情况。
4.三个运动员各自准备，等到三个人都准备好后，再一起跑
上面是一个形象的比喻，针对 线程 A B C 各自开始准备，直到三者都准备完毕，然后再同时运行 。也就是要实现一种 线程之间互相等待 的效果，那应该怎么来实现呢？
上面的 CountDownLatch 可以用来倒计数，但当计数完毕，只有一个线程的 await() 会得到响应，无法让多个线程同时触发。
为了实现线程间互相等待这种需求，我们可以利用 CyclicBarrier 数据结构，它的基本用法是：
先创建一个公共 CyclicBarrier 对象，设置 同时等待 的线程数，CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3); 这些线程同时开始自己做准备，自身准备完毕后，需要等待别人准备完毕，这时调用 cyclicBarrier.await(); 即可开始等待别人； 当指定的 同时等待 的线程数都调用了 cyclicBarrier.await();时，意味着这些线程都准备完毕好，然后这些线程才 同时继续执行。 实现代码如下，设想有三个跑步运动员，各自准备好后等待其他人，全部准备好后才开始跑：
private static void runABCWhenAllReady() {
int runner = 3;
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(runner);
final Random random = new Random();
for (char runnerName='A'; runnerName <= 'C'; runnerName++) {
final String rN = String.valueOf(runnerName);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
long prepareTime = random.nextInt(10000) + 100;
System.out.println(rN + "is preparing for time:" + prepareTime);
try {
Thread.sleep(prepareTime);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
System.out.println(rN + "is prepared, waiting for others");
cyclicBarrier.await(); // 当前运动员准备完毕，等待别人准备好
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(rN + "starts running"); // 所有运动员都准备好了，一起开始跑
}
}).start();
}
}
打印的结果如下：
A is preparing for time: 4131
B is preparing for time: 6349
C is preparing for time: 8206
A is prepared, waiting for others
B is prepared, waiting for others
C is prepared, waiting for others
C starts running
A starts running
B starts running
5.子线程完成某件任务后，把得到的结果回传给主线程
实际的开发中，我们经常要创建子线程来做一些耗时任务，然后把任务执行结果回传给主线程使用，这种情况在 Java 里要如何实现呢？
回顾线程的创建，我们一般会把 Runnable 对象传给 Thread 去执行。Runnable定义如下：
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
可以看到 run() 在执行完后不会返回任何结果。那如果希望返回结果呢？这里可以利用另一个类似的接口类 Callable：
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}
可以看出 Callable 最大区别就是返回范型 V 结果。
那么下一个问题就是，如何把子线程的结果回传回来呢？在 Java 里，有一个类是配合 Callable 使用的：FutureTask，不过注意，它获取结果的 get 方法会阻塞主线程。
举例，我们想让子线程去计算从 1 加到 100，并把算出的结果返回到主线程。
private static void doTaskWithResultInWorker() {
Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("Task starts");
Thread.sleep(1000);
int result = 0;
for (int i=0; i<=100; i++) {
result += i;
}
System.out.println("Task finished and return result");
return result;
}
};
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
new Thread(futureTask).start();
try {
System.out.println("Before futureTask.get()");
System.out.println("Result:" + futureTask.get());
System.out.println("After futureTask.get()");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
打印结果如下：
Before futureTask.get()
Task starts
Task finished and return result
Result: 5050
After futureTask.get()
可以看到，主线程调用 futureTask.get() 方法时阻塞主线程；然后 Callable 内部开始执行，并返回运算结果；此时 futureTask.get() 得到结果，主线程恢复运行。
这里我们可以学到，通过 FutureTask 和 Callable 可以直接在主线程获得子线程的运算结果，只不过需要阻塞主线程。当然，如果不希望阻塞主线程，可以考虑利用 ExecutorService，把 FutureTask 放到线程池去管理执行。
小结
多线程是现代语言的共同特性，而线程间通信、线程同步、线程安全是很重要的话题。本文针对 Java 的线程间通信进行了大致的讲解，后续还会对线程同步、线程安全进行讲解。