java并发传统线程同步通信技术

Posted 2020-07-15 武哥聊编程

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~
　　
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