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Posted 2021-12-29 周杰伦本人

线程通信

volatile和synchronized关键字

任意线程对Object（Object由synchronized保护）的访问，首先要获得Object的监视器。如果获取失败，线程进入同步队列，线程状态变为BLOCKED。当访问Object的前驱（获得了锁的线程）释放了锁，则该释放操作唤醒阻塞在同步队列中的线程，使其重新尝试对监视器的获取。

等待/通知机制

notify()：通知一个在对象上等待的线程,使其从 wait()方法返回,而返回的前提是该线程获取到了对象的锁

notifyAll()：通知所有等待该对象上的线程

wait()：调用该方法的线程进入 WAITING状态,只有等待另外线程的通知或被中断才会返回,需要注意，调用wait0方法后,会释放对象的锁

wait(long)：超时等待一段时间,这里的参数时间是毫秒,也就是等待长达n毫秒,如果没有通知就超时返回

wait(long,int)：对于超时时间更细粒度的控制,可以达到纳秒

package com.example.xppdemo.chapter4;

import com.example.xppdemo.chapter4.SleepUtils;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class WaitNotify 
    static boolean flag = true;
    static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws Exception 
        Thread waitThread = new Thread(new Wait(), "WaitThread");
        waitThread.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        Thread notifyThread = new Thread(new Notify(), "NotifyThread");
        notifyThread.start();
    

    static class Wait implements Runnable 
        public void run() 
// 加锁，拥有lock的Monitor
            synchronized (lock) 
// 当条件不满足时，继续wait，同时释放了lock的锁
                while (flag) 
                    try 
                        System.out.println(Thread.currentThread() + " flag is true. wait @ "
                                + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
                        lock.wait();
                     catch (InterruptedException e) 
                    
                
// 条件满足时，完成工作
                System.out.println(Thread.currentThread() + " flag is false. running @ " + new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
            
        
    

    static class Notify implements Runnable 
        public void run() 
// 加锁，拥有lock的Monitor
            synchronized (lock) 
// 获取lock的锁，然后进行通知，通知时不会释放lock的锁，
// 直到当前线程释放了lock后，WaitThread才能从wait方法中返回
                System.out.println(Thread.currentThread() + " hold lock. notify @ " +
                        new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date()));
                lock.notifyAll();
                flag = false;
                SleepUtils.second(5);
            
// 再次加锁
            synchronized (lock) 
                System.out.println(Thread.currentThread() + " hold lock again. sleep @ " + new SimpleDateFormat(" HH: mm: ss ").format(new Date()));
                SleepUtils.second(5);
            
        
    

结果：

Thread[WaitThread,5,main] flag is true. wait @ 20:03:13
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock. notify @ 20:03:14
Thread[NotifyThread,5,main] hold lock again. sleep @  20: 03: 19 
Thread[WaitThread,5,main] flag is false. running @ 20:03:24

WaitThread首先获取了对象的锁，然后调用对象的wait()方法，从而放弃了锁并进入了对象的等待队列WaitQueue中，进入等待状态。由于WaitThread释放了对象的锁，NotifyThread随后获取了对象的锁，并调用对象的notify()方法，将WaitThread从WaitQueue移到同步队列SynchronizedQueue中，此时WaitThread的状态变为阻塞状态。NotifyThread释放了锁之后，WaitThread再次获取到锁并从wait()方法返回继续执行。

1）使用wait()、notify()和notifyAll()时需要先对调用对象加锁。

2）调用wait()方法后，线程状态由RUNNING变为WAITING，并将当前线程放置到对象的等待队列。

3）notify()或notifyAll()方法调用后，等待线程依旧不会从wait()返回，需要调用notify()或notifAll()的线程释放锁之后，等待线程才有机会从wait()返回。

4）notify()方法将等待队列中的一个等待线程从等待队列中移到同步队列中，而notifyAll()方法则是将等待队列中所有的线程全部移到同步队列，被移动的线程状态由WAITING变为BLOCKED。

5）从wait()方法返回的前提是获得了调用对象的锁。

等待方模板：

synchronized(对象) 
while(条件不满足) 
    对象.wait();

对应的处理逻辑

1）获取对象的锁。

2）如果条件不满足，那么调用对象的wait()方法，被通知后仍要检查条件。

3）条件满足则执行对应的逻辑。

对应的伪代码如下。

通知方

synchronized(对象) 
    改变条件
    对象.notifyAll();

1）获得对象的锁。

2）改变条件。

3）通知所有等待在对象上的线程。

wait与sleep区别：

在调用wait方法时，线程必须要持有被调用对象的锁，当调用wait方法后，线程就会释放掉该对象的锁。

调用Thread类的sleep方法时，线程是不会释放对象的锁的。

wait notify notifyAll方法总结：

1. 当调用wait时，首先确保wait方法的线程已经持有对象的锁。
2. 当调用wait后，该线程就会释放这个对象的锁，然后进入等待队列
3. 当线程调用了wait后进入等待队列时，它可以等待其他线程调用相同对象的notify或者notifyAll来唤醒自己
4. 线程被其他线程唤醒后，该线程就会与其他线程一同开始竞争这个对象的锁；只有当线程获取到这个锁后，线程才会继续往下执行。
5. 调用wait方法的代码片段需要放在一个synchronized块或者synchronized方法中，这样才能确保线程在调用wait方法前已经获取到锁了
6. 调用notify方法时，它会唤醒该对象等待队列中的任意一个线程，当某个线程被唤醒后，与其他线程一起竞争对象的锁。
7. 调用notifyAll方法，唤醒等待队列的所有线程，这些线程被唤醒后，又会开始竞争对象的锁。
8. 某个时刻，只有一个线程可以拥有对象的锁。

Thread.join()

一个线程A执行了thread.join()语句，其含义是：当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回。线程Thread除了提供join()方法之外，还提供了join(long

millis)和join(longmillis,int nanos)两个具备超时特性的方法。这两个超时方法表示，如果线程thread在给定的超时时间里没有终止，那么将会从该超时方法中返回。

当线程终止时，会调用线程自身的notifyAll()方法，会通知所有等待在该线程对象上的线程。

每个线程终止的前提是前驱线程的终止，每个线程等待前驱线程终止后，才从join()方法返回，

package com.example.xppdemo.chapter4;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Join 
    public static void main(String[] args) throws Exception 
        Thread previous = Thread.currentThread();
        for (int i = 0; i < 10; i++) 
// 每个线程拥有前一个线程的引用，需要等待前一个线程终止，才能从等待中返回
            Thread thread = new Thread(new Domino(previous), String.valueOf(i));
            thread.start();
            previous = thread;
        
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " terminate.");
    
    static class Domino implements Runnable 
        private Thread thread;
        public Domino(Thread thread) 
            this.thread = thread;
        
        public void run() 
            try 
                thread.join();
             catch (InterruptedException e) 
            
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " terminate.");
        
    

每个线程拥有前一个线程的引用，需要等待前一个线程终止，才能从等待中返回

Thread.join()源码：

public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException 
    long base = System.currentTimeMillis();
    long now = 0;

    if (millis < 0) 
        throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    

    if (millis == 0) 
        while (isAlive()) 
            wait(0);
        
     else 
        while (isAlive()) 
            long delay = millis - now;
            if (delay <= 0) 
                break;
            
            wait(delay);
            now = System.currentTimeMillis() - base;
        
    

当线程终止时，会调用线程自身的notifyAll()方法，会通知所有等待在该线程对象上的线程。可以看到join()方法的逻辑结构与等待/通知经典范式一致，即加锁、循环和处理逻辑3个步骤。

等待通知超时

// 对当前对象加锁
public synchronized Object get(long mills) throws InterruptedException 
    long future = System.currentTimeMillis() + mills;
    long remaining = mills;
    // 当超时大于0并且result返回值不满足要求
    while ((result == null) && remaining > 0) 
        wait(remaining);remaining = future - System.currentTimeMillis();
    
    return result;

调用一个方法时等待一段时间（一般来说是给定一个时间段），如果该方法能够在给定的时间段之内得到结果，那么将结果立刻返回，反之，超时返回默认结果。

ThreadLocal

ThreadLocal，即线程变量，是一个以ThreadLocal对象为键、任意对象为值的存储结构。这个结构被附带在线程上，也就是说一个线程可以根据一个ThreadLocal对象查询到绑定在这个线程上的一个值。

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Profiler 
    // 第一次get()方法调用时会进行初始化（如果set方法没有调用），每个线程会调用一次
    private static final ThreadLocal<Long> TIME_THREADLOCAL = new ThreadLocal<Long>() 
        protected Long initialValue() 
            return System.currentTimeMillis();
        
    ;

    public static final void begin() 
        TIME_THREADLOCAL.set(System.currentTimeMillis());
    

    public static final long end() 
        return System.currentTimeMillis() - TIME_THREADLOCAL.get();
    

    public static void main(String[] args) throws Exception 
        Profiler.begin();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println("Cost: " + Profiler.end() + " mills");
    

在AOP（面向方面编程）中，可以在方法调用前的切入点执行begin()方法，而在方法调用后的切入点执行end()方法，这样依旧可以获得方法的执行耗时。