Java線程通訊詳解

執行緒通訊用來確保執行緒協調運行，一般在做執行緒同步的時候才需要考慮執行緒通訊的問題。

1、傳統的執行緒通訊

通常利用Objeclt類別提供的三個方法：

wait() 導致當前執行緒等待，並釋放該同步監視器的鎖定，直到其它執行緒呼叫該同步監視器的notify（ ）或者notifyAll（）方法喚醒執行緒。

notify（），喚醒在此同步監視器上等待的線程，如果有多個會任意選擇一個喚醒

notifyAll（） 喚醒在此同步監視器上等待的所有線程，這些線程通過調度競爭資源後，某個執行緒取得此同步監視器的鎖，然後得以運作。

這三個方法必須由同步監視器物件調用，分為兩張情況：

同步方法時，由於同步監視器為this對象，所以可以直接調用這三個方法。

範例如下：

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();
  }
 
}

同步程式碼區塊時，需要使用監視器物件呼叫這三個方法。

範例如下：

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控制執行緒通訊

當使用Lock物件保證同步時，則使用Condition物件來確保協調。

範例如下：

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物件的await(), singal(),singalAll()分別對應wait(),notify()和notifyAll()方法。

3、使用阻塞隊列BlockingQueue控制線程通信

BlockingQueue是Qu​​eue接口的子接口，主要用來做線程通信使用，它具有一個特徵：當生產者線程試圖向BlockingQueue中放入元素時，如果隊列已放入元素時，如果隊列已放入滿，則該線程被阻塞；當消費者線程試圖從BlockingQueue中取出元素時，如果隊列已空，則該線程被阻塞。這兩個特徵分別對應兩個支援阻塞的方法，put(E e)和take()

範例如下：

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共有五個實作類別：

ArrayBlockingQueue 基於陣列為基礎實作的BlockingQueueue

ArrayBlockingQueue 基於陣列鍊錶實作的BlockingQueue佇列

PriorityBlockingQueue 中元素需實作Comparable接口，其中元素的排序是依照Comparator進行的客製化排序。

SynchronousQueue 同步佇列，要求對該佇列的存取操作必須交替進行。

DelayQueue 集合元素必須實作Delay接口，佇列中元素排序依照Delay介面方法getDelay()的回傳值排序。

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