传统线程同步通信技术

Posted 2021-02-01 eson15

先看一个问题：

有两个线程，子线程先执行10次，然后主线程执行5次，然后再切换到子线程执行10，再主线程执行5次……如此往返执行50次。

看完这个问题，很明显要用到线程间的通信了， 先分析一下思路：首先肯定要有两个线程，然后每个线程中肯定有个50次的循环，因为每个线程都要往返执行任务50次，主线程的任务是执行5次，子线程的任务是执行10次。线程间通信技术主要用到 wait() 方法和 notify() 方法。wait() 方法会导致当前线程等待，并释放所持有的锁，notify() 方法表示唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。下面来一步步完成这道线程间通信问题。

首先不考虑主线程和子线程之间的通信，先把各个线程所要执行的任务写好：

public class TraditionalThreadCommunication {

    public static void main(String[] args) {
        //开启一个子线程
        new Thread(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
                    
                    synchronized (TraditionalThreadCommunication.class) {
                        //子线程任务：执行10次               
                        for(int j = 1;j <= 10; j ++) {
                            System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
                        }   
                    }
                }
                
            }
        }).start();
        
        //main方法即主线程
        for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
            
            synchronized (TraditionalThreadCommunication.class) {
                //主线程任务：执行5次
                for(int j = 1;j <= 5; j ++) {
                    System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
                }   
            }       
        }
    }
}

如上，两个线程各有50次大循环，执行50次任务，子线程的任务是执行10次，主线程的任务是执行5次。为了保证两个线程间的同步问题，所以用了 synchronized 同步代码块，并使用了相同的锁：类的字节码对象。这样可以保证线程安全。但是这种设计不太好，就像我在上一节的死锁中写的一样，我们可以把线程任务放到一个类中，这种设计的模式更加结构化，而且把不同的线程任务放到同一个类中会很容易解决同步问题，因为在一个类中很容易使用同一把锁。所以把上面的程序修改一下：

public class TraditionalThreadCommunication {

    public static void main(String[] args) {
        Business bussiness = new Business(); //new一个线程任务处理类
        //开启一个子线程
        new Thread(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
                    bussiness.sub(i);
                }
                
            }
        }).start();
        
        //main方法即主线程
        for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
            bussiness.main(i);
        }
    }

}
//要用到的共同数据（包括同步锁）或共同的若干个方法应该归在同一个类身上，这种设计正好体现了高类聚和程序的健壮性。
class Business {

    public synchronized void sub(int i) {

        for(int j = 1;j <= 10; j ++) {
            System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
        }   
    }
    
    public synchronized void main(int i) {

        for(int j = 1;j <= 5; j ++) {
            System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
        }
}

经过这样修改后，程序结构更加清晰了，也更加健壮了，只要在两个线程任务方法上加上 synchronized 关键字即可，用的都是 this 这把锁。但是现在两个线程之间还没有通信，执行的结果是主线程循环执行任务50次，然后子线程再循环执行任务50次，原因很简单，因为有 synchronized 同步。

下面继续完善程序，让两个线程之间完成题目中所描述的那样通信：

public class TraditionalThreadCommunication {

    public static void main(String[] args) {
        Business bussiness = new Business(); //new一个线程任务处理类
        //开启一个子线程
        new Thread(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
                    bussiness.sub(i);
                }
                
            }
        }).start();
        
        //main方法即主线程
        for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
            bussiness.main(i);
        }
    }

}
//要用到共同数据（包括同步锁）或共同的若干个方法应该归在同一个类身上，这种设计正好体现了高雷剧和程序的健壮性。
class Business {
    private boolean bShouldSub = true;
    
    public synchronized void sub(int i) {
        while(!bShouldSub) { //如果不轮到自己执行，就睡
            try {
                this.wait(); //调用wait()方法的对象必须和synchronized锁对象一致，这里synchronized在方法上，所以用this
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for(int j = 1;j <= 10; j ++) {
            System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
        }   
        bShouldSub = false; //改变标记
        this.notify(); //唤醒正在等待的主线程
    }
    
    public synchronized void main(int i) {
        while(bShouldSub) { //如果不轮到自己执行，就睡
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for(int j = 1;j <= 5; j ++) {
            System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
        }
        bShouldSub = true; //改变标记
        this.notify(); //唤醒正在等待的子线程
    }
}

首先，先不说具体的程序实现，就从结构上来看，已经体会到了这种设计的好处了：主函数里不用修改任何东西，关于线程间同步和线程间通信的逻辑全都在 Business 类中，主函数中的不同线程只需要调用放在该类中对应的任务即可。体现了高类聚的好处。
　　
再看一下具体的代码，首先定义一个 boolean 型变量来标识哪个线程该执行，当不是子线程执行的时候，它就睡，那么很自然主线程就执行了，执行完了，修改了 bShouldSub 并唤醒了子线程，子线程这时候再判断一下 while 不满足了，就不睡了，就执行子线程任务，同样地，刚刚主线程修改了 bShouldSub 后，第二次循环来执行主线程任务的时候，判断 while 满足就睡了，等待子线程来唤醒。这样逻辑就很清楚了，主线程和子线程你一下我一下轮流执行各自的任务，这种节奏共循环50次。
　　
另外有个小小的说明：这里其实用 if 来判断也是可以的，但是为什么要用 while 呢？因为有时候线程会假醒（就好像人的梦游，明明正在睡，结果站起来了），如果用的是if的话，那么它假醒了后，就不会再返回去判断if了，那它就很自然的往下执行任务，好了，另一个线程正在执行呢，啪叽一下就与另一个线程之间相互影响了。但是如果是while的话就不一样了，就算线程假醒了，它还会判断一下 while 的，但是此时另一个线程在执行啊，bShouldSub 并没有被修改，所以还是进到 while 里了，又被睡了~所以很安全，不会影响另一个线程！官方 JDK 文档中也是这么干的。

线程间通信就总结到这吧~若有错误，欢迎指正，我们一起进步。