Java多线程-线程通信

Posted 2022-09-30

通信的方式

要想实现多个线程之间的协同，如：线程执行先后顺序、获取某个线程执行的结果等等。涉及到线程之间的相互通信，分为下面四类：

• 文件共享
• 网络共享
• 共享变量
• JDK提供的线程协调API
  • suspend/resume、wait/notify、park/unpark

文件共享

public class MainTest 

  public static void main(String[] args) 
    // 线程1 - 写入数据
    new Thread(() -> 
      try 
        while (true) 
          Files.write(Paths.get("test.log"),
          content = "当前时间" + String.valueOf(System.currentTimeMillis()));
          Thread.sleep(1000L);
        
       catch (Exception e) 
        e.printStackTrace();
      
    ).start();

    // 线程2 - 读取数据
    new Thread(() -> 
      try 
        while (true) 
          Thread.sleep(1000L);
          byte[] allBytes = Files.readAllBytes(Paths.get("test.log"));
          System.out.println(new String(allBytes));
        
       catch (Exception e) 
        e.printStackTrace();
      
    ).start();
  

变量共享

public class MainTest 
  // 共享变量
  public static String content = "空";

  public static void main(String[] args) 
    // 线程1 - 写入数据
    new Thread(() -> 
      try 
        while (true) 
          content = "当前时间" + String.valueOf(System.currentTimeMillis());
          Thread.sleep(1000L);
        
       catch (Exception e) 
        e.printStackTrace();
      
    ).start();

    // 线程2 - 读取数据
    new Thread(() -> 
      try 
        while (true) 
          Thread.sleep(1000L);
          System.out.println(content);
        
       catch (Exception e) 
        e.printStackTrace();
      
    ).start();
  

网络共享

线程协作－JDK API

JDK中对于需要多线程协作完成某一任务的场景，提供了对应API支持。

多线程协作的典型场景是：生产者－消费者模型。(线程阻塞、线程唤醒)

示例：线程１去买包子，没有包子，则不再执行。线程２生产出包子，通知线程－１继续执行。

API-被弃用的suspend和resume

作用：调用suspend挂起目标线程，通过resume可以恢复线程执行。

/** 包子店 */
public static Object baozidian = null;

/** 正常的suspend/resume */
public void suspendResumeTest() throws Exception 
    // 启动线程
    Thread consumerThread = new Thread(() -> 
        if (baozidian == null)  // 如果没包子，则进入等待
            System.out.println("1、进入等待");
            Thread.currentThread().suspend();
        
        System.out.println("2、买到包子，回家");
    );
    consumerThread.start();
    // 3秒之后，生产一个包子
    Thread.sleep(3000L);
    baozidian = new Object();
    consumerThread.resume();
    System.out.println("3、通知消费者");

被弃用的主要原因是，容易写出不死锁的代码。所以用wait/notify和park/unpark机制对它进行替代

suspend和resume死锁示例

1、同步代码中使用

    /** 死锁的suspend/resume。 suspend并不会像wait一样释放锁，故此容易写出死锁代码 */
    public void suspendResumeDeadLockTest() throws Exception 
        // 启动线程
        Thread consumerThread = new Thread(() -> 
            if (baozidian == null)  // 如果没包子，则进入等待
                System.out.println("1、进入等待");
                // 当前线程拿到锁，然后挂起
                synchronized (this) 
                    Thread.currentThread().suspend();
                
            
            System.out.println("2、买到包子，回家");
        );
        consumerThread.start();
        // 3秒之后，生产一个包子
        Thread.sleep(3000L);
        baozidian = new Object();
        // 争取到锁以后，再恢复consumerThread
        synchronized (this) 
            consumerThread.resume();
        
        System.out.println("3、通知消费者");
    

2、suspend比resume后执行

/** 导致程序永久挂起的suspend/resume */
    public void suspendResumeDeadLockTest2() throws Exception 
        // 启动线程
        Thread consumerThread = new Thread(() -> 
            if (baozidian == null) 
                System.out.println("1、没包子，进入等待");
                try  // 为这个线程加上一点延时
                    Thread.sleep(5000L);
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
                // 这里的挂起执行在resume后面
                Thread.currentThread().suspend();
            
            System.out.println("2、买到包子，回家");
        );
        consumerThread.start();
        // 3秒之后，生产一个包子
        Thread.sleep(3000L);
        baozidian = new Object();
        consumerThread.resume();
        System.out.println("3、通知消费者");
        consumerThread.join();
    

ｗait/notify机制

这些方法只能由同一对象锁的持有者线程调用，也就是写在同步块里面，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。
wait方法导致当前线程等待，加入该对象的等待集合中，并且放弃当前持有的对象锁。
notify/notifyAll方法唤醒一个或所有正在等待这个对象锁的线程。
注意：虽然会wait自动解锁，但是对顺序有要求，如果在notify被调用之后，才开始wait方法的调用，线程会永远处于WAITING状态。

wait/notify代码示例

/** 正常的wait/notify */
    public void waitNotifyTest() throws Exception 
        // 启动线程
        new Thread(() -> 
            synchronized (this) 
                while (baozidian == null)  // 如果没包子，则进入等待
                    try 
                        System.out.println("1、进入等待");
                        this.wait();
                     catch (InterruptedException e) 
                        e.printStackTrace();
                    
                
            
            System.out.println("2、买到包子，回家");
        ).start();
        // 3秒之后，生产一个包子
        Thread.sleep(3000L);
        baozidian = new Object();
        synchronized (this) 
            this.notifyAll();
            System.out.println("3、通知消费者");
        
    

造成死锁的示例

/** 会导致程序永久等待的wait/notify */
    public void waitNotifyDeadLockTest() throws Exception 
        // 启动线程
        new Thread(() -> 
            if (baozidian == null)  // 如果没包子，则进入等待
                try 
                    Thread.sleep(5000L);
                 catch (InterruptedException e1) 
                    e1.printStackTrace();
                
                synchronized (this) 
                    try 
                        System.out.println("1、进入等待");
                        this.wait();
                     catch (InterruptedException e) 
                        e.printStackTrace();
                    
                
            
            System.out.println("2、买到包子，回家");
        ).start();
        // 3秒之后，生产一个包子
        Thread.sleep(3000L);
        baozidian = new Object();
        synchronized (this) 
            this.notifyAll();
            System.out.println("3、通知消费者");
        
    

park/unpark机制

线程调用park则等待“许可”，unpark方法为指定线程提供“许可(permit)”
不要求park和unpark方法的调用顺序。
多次调用unpark之后，再调用park，线程会直接运行。
但不会叠加，也就是说，连续多次调用park方法，第一次会拿到"许可"直接运行,后续调用会进入等待。

/** 正常的park/unpark */
    public void parkUnparkTest() throws Exception 
        // 启动线程
        Thread consumerThread = new Thread(() -> 
            while (baozidian == null)  // 如果没包子，则进入等待
                System.out.println("1、进入等待");
                LockSupport.park();
            
            System.out.println("2、买到包子，回家");
        );
        consumerThread.start();
        // 3秒之后，生产一个包子
        Thread.sleep(3000L);
        baozidian = new Object();
        LockSupport.unpark(consumerThread);
        System.out.println("3、通知消费者");
    

造成死锁的示例

/** 死锁的park/unpark */
    public void parkUnparkDeadLockTest() throws Exception 
        // 启动线程
        Thread consumerThread = new Thread(() -> 
            if (baozidian == null)  // 如果没包子，则进入等待
                System.out.println("1、进入等待");
                // 当前线程拿到锁，然后挂起
                synchronized (this) 
                    LockSupport.park();
                
            
            System.out.println("2、买到包子，回家");
        );
        consumerThread.start();
        // 3秒之后，生产一个包子
        Thread.sleep(3000L);
        baozidian = new Object();
        // 争取到锁以后，再恢复consumerThread
        synchronized (this) 
            LockSupport.unpark(consumerThread);
        
        System.out.println("3、通知消费者");
    

伪唤醒

警告!之前代码中用if语句来判断,是否进入等待状态,是错误的!
官方建议应该循环中检查等待条件，原因是处于等待状态的线程可能会收到错误警报和伪唤醒，如果不在循环中检查等待条件，程序就会在没有满足结束条件的情况下退出。

伪唤醒是指线程并非因为notify、notifyall、unpark等api调用而唤醒，是更底层原因导致的。