Java线程通信详解

线程通信用来保证线程协调运行，一般在做线程同步的时候才需要考虑线程通信的问题。

1、传统的线程通信

通常利用Objeclt类提供的三个方法：

wait() 导致当前线程等待，并释放该同步监视器的锁定，直到其它线程调用该同步监视器的notify（）或者notifyAll（）方法唤醒线程。

notify（），唤醒在此同步监视器上等待的线程，如果有多个会任意选择一个唤醒

notifyAll（） 唤醒在此同步监视器上等待的所有线程，这些线程通过调度竞争资源后，某个线程获取此同步监视器的锁，然后得以运行。

这三个方法必须由同步监视器对象调用，分为两张情况：

同步方法时，由于同步监视器为this对象，所以可以直接调用这三个方法。

示例如下：

public class SyncMethodThreadCommunication {
  static class DataWrap{
    int data = 0;
    boolean flag = false;
     
    public synchronized void addThreadA(){
      if (flag) {
        try {
          wait();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      } 
       
      data++;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + data);
      flag = true;
      notify();
    }
     
    public synchronized void addThreadB() {
      if (!flag) {
        try {
          wait();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      } 
       
      data++;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + data);
      flag = false;
      notify();
    }
  }
   
  static class ThreadA extends Thread {
    private DataWrap data;
     
    public ThreadA(DataWrap dataWrap) {
      this.data = dataWrap;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        data.addThreadA();
      }
    }
  }
   
  static class ThreadB extends Thread {
    private DataWrap data;
     
    public ThreadB(DataWrap dataWrap) {
      this.data = dataWrap;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        data.addThreadB();
      }
    }
  }
   
  public static void main(String[] args) {
    //实现两个线程轮流对数据进行加一操作
    DataWrap dataWrap = new DataWrap();
     
    new ThreadA(dataWrap).start();
    new ThreadB(dataWrap).start();
  }
 
}

同步代码块时，需要使用监视器对象调用这三个方法。

示例如下：

public class SyncBlockThreadComminication {
  static class DataWrap{
    boolean flag;
    int data;
  }
   
  static class ThreadA extends Thread{
    DataWrap dataWrap;
     
    public ThreadA(DataWrap dataWrap){
      this.dataWrap = dataWrap;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for(int i = 0 ; i < 10; i++) {
        synchronized (dataWrap) {
          if (dataWrap.flag) {
            try {
              dataWrap.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
            }
          }
           
          dataWrap.data++;
          System.out.println(getName() + " " + dataWrap.data);
          dataWrap.flag = true;
          dataWrap.notify();
        }  
      }
    }
  }
   
  static class ThreadB extends Thread{
    DataWrap dataWrap;
     
    public ThreadB(DataWrap dataWrap){
      this.dataWrap = dataWrap;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
          synchronized (dataWrap) {
            if (!dataWrap.flag) {
              try {
                dataWrap.wait();
              } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
              }
            }
             
            dataWrap.data++;
            System.out.println(getName() + " " + dataWrap.data);
            dataWrap.flag = false;
            dataWrap.notify();
          }
        }  
      }
       
  }
  public static void main(String[] args) {
    //实现两个线程轮流对数据进行加一操作
     
    DataWrap dataWrap = new DataWrap();
    new ThreadA(dataWrap).start();
    new ThreadB(dataWrap).start();
  }
 
}

2、使用Condition控制线程通信

当使用Lock对象保证同步时，则使用Condition对象来保证协调。

示例如下：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 
import com.sun.media.sound.RIFFInvalidDataException;
 
import javafx.scene.chart.PieChart.Data;
 
public class SyncLockThreadCommunication {
  static class DataWrap {
    int data;
    boolean flag;
     
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();
     
    public void addThreadA() {
      lock.lock();
      try {
        if (flag) {
          try {
            condition.await();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
         
        data++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + data);
        flag = true;
        condition.signal();
      } finally {
        lock.unlock();
      }
    }
     
    public void addThreadB() {
      lock.lock();
      try {
        if (!flag) {
          try {
            condition.await();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
         
        data++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + data);
        flag = false;
        condition.signal();
      } finally {
        lock.unlock();
      }
    }
  }
   
  static class ThreadA extends Thread{
    DataWrap dataWrap;
     
    public ThreadA(DataWrap dataWrap) {
      this.dataWrap = dataWrap;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        dataWrap.addThreadA();
      }
    }
  }
   
  static class ThreadB extends Thread{
    DataWrap dataWrap;
     
    public ThreadB(DataWrap dataWrap) {
      this.dataWrap = dataWrap;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        dataWrap.addThreadB();
      }
    }
  }
   
  public static void main(String[] args) {
    //实现两个线程轮流对数据进行加一操作
     
    DataWrap dataWrap = new DataWrap();
    new ThreadA(dataWrap).start();
    new ThreadB(dataWrap).start();
  }
 
}

其中Condition对象的await(), singal(),singalAll()分别对应wait(),notify()和notifyAll()方法。

3、使用阻塞队列BlockingQueue控制线程通信

BlockingQueue是Queue接口的子接口，主要用来做线程通信使用，它具有一个特征：当生产者线程试图向BlockingQueue中放入元素时，如果队列已满，则该线程被阻塞；当消费者线程试图从BlockingQueue中取出元素时，如果队列已空，则该线程被阻塞。这两个特征分别对应两个支持阻塞的方法，put(E e)和take()

示例如下：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
 
public class BlockingQueueThreadComminication {
  static class DataWrap{
    int data;
  }
   
  static class ThreadA extends Thread{
    private BlockingQueue<DataWrap> blockingQueue;
     
    public ThreadA(BlockingQueue<DataWrap> blockingQueue, String name) {
      super(name);
      this.blockingQueue = blockingQueue;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 100; i++) {
        try {
          DataWrap dataWrap = blockingQueue.take();
           
          dataWrap.data++;
          System.out.println(getName() + " " + dataWrap.data);
          sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }
  }
   
  static class ThreadB extends Thread{
    private BlockingQueue<DataWrap> blockingQueue;
    private DataWrap dataWrap;
     
    public ThreadB(BlockingQueue<DataWrap> blockingQueue, DataWrap dataWrap, String name) {
      super(name);
      this.blockingQueue = blockingQueue;
      this.dataWrap = dataWrap;
    }
     
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 100; i++) {
        try {
          dataWrap.data++;
          System.out.println(getName() + " " + dataWrap.data);
          blockingQueue.put(dataWrap);
          sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }
  }
   
  public static void main(String[] args) {
    ///实现两个线程轮流对数据进行加一操作
     
    DataWrap dataWrap = new DataWrap();
    BlockingQueue<DataWrap> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);
     
    new ThreadA(blockingQueue, "Consumer").start();
    new ThreadB(blockingQueue, dataWrap, "Producer").start();
  }
 
}

BlockingQueue共有五个实现类：

ArrayBlockingQueue 基于数组实现的BlockingQueue队列

LinkedBlockingQueue 基于链表实现的BlockingQueue队列

PriorityBlockingQueue 中元素需实现Comparable接口，其中元素的排序是按照Comparator进行的定制排序。

SynchronousQueue 同步队列，要求对该队列的存取操作必须是交替进行。

DelayQueue 集合元素必须实现Delay接口，队列中元素排序按照Delay接口方法getDelay()的返回值进行排序。

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