Java并發(fā)編程之線程間的通信
一、概念簡(jiǎn)介
1、線程通信
在操作系統(tǒng)中，線程是個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，但是在線程執(zhí)行過(guò)程中，如果處理同一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯，可能會(huì)產(chǎn)生資源爭(zhēng)搶?zhuān)瑢?dǎo)致并發(fā)問(wèn)題，通常使用互斥鎖來(lái)控制該邏輯。但是在還有這樣一類(lèi)場(chǎng)景，任務(wù)執(zhí)行是有順序控制的，例如常見(jiàn)的報(bào)表數(shù)據(jù)生成：
- 啟動(dòng)數(shù)據(jù)分析任務(wù)，生成報(bào)表數(shù)據(jù)；
- 報(bào)表數(shù)據(jù)存入指定位置數(shù)據(jù)容器；
- 通知數(shù)據(jù)搬運(yùn)任務(wù)，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入報(bào)表庫(kù)；
該場(chǎng)景在相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)中非常常見(jiàn)，如果基于多線程來(lái)描述該過(guò)程，則需要線程之間通信協(xié)作，才能有條不紊的處理該場(chǎng)景業(yè)務(wù)。
2、等待通知機(jī)制
如上的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如果線程A生成數(shù)據(jù)過(guò)程中，線程B一直在訪問(wèn)數(shù)據(jù)容器，判斷該過(guò)程的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)生成，則會(huì)造成資源浪費(fèi)。正常的流程應(yīng)該如圖，線程A和線程B同時(shí)啟動(dòng)，線程A開(kāi)始處理數(shù)據(jù)生成任務(wù)，線程B嘗試獲取容器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)還沒(méi)過(guò)來(lái)，線程B則進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)線程A的任務(wù)處理完成，則通知線程B去容器中獲取數(shù)據(jù)，這樣基于線程等待和通知的機(jī)制來(lái)協(xié)作完成任務(wù)。
3、基礎(chǔ)方法
等待/通知機(jī)制的相關(guān)方法是Java中Object層級(jí)的基礎(chǔ)方法，任何對(duì)象都有該方法：
- notify：隨機(jī)通知一個(gè)在該對(duì)象上等待的線程，使其結(jié)束wait狀態(tài)返回；
- notifyAll：?jiǎn)拘言谠搶?duì)象上所有等待的線程，進(jìn)入對(duì)象鎖爭(zhēng)搶隊(duì)列中；
- wait：線程進(jìn)入waiting等待狀態(tài)，不會(huì)爭(zhēng)搶鎖對(duì)象，也可以設(shè)置等待時(shí)間；
線程的等待通知機(jī)制，就是基于這幾個(gè)基礎(chǔ)方法。
二、等待通知原理
1、基本原理
等待/通知機(jī)制，該模式下指線程A在不滿足任務(wù)執(zhí)行的情況下調(diào)用對(duì)象wait()方法進(jìn)入等待狀態(tài)，線程B修改了線程A的執(zhí)行條件，并調(diào)用對(duì)象notify()或者notifyAll()方法，線程A收到通知后從wait狀態(tài)返回，進(jìn)而執(zhí)行后續(xù)操作。兩個(gè)線程通過(guò)基于對(duì)象提供的wait()/notify()/notifyAll()等方法完成等待和通知間交互，提高程序的可伸縮性。
2、實(shí)現(xiàn)案例
通過(guò)線程通信解決上述數(shù)據(jù)生成和存儲(chǔ)任務(wù)的解耦流程。
public class NotifyThread01 {
static Object lock = new Object() ;
static volatile List<String> dataList = new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread saveThread = new Thread(new SaveData(),"SaveData");
saveThread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
Thread dataThread = new Thread(new AnalyData(),"AnalyData");
dataThread.start();
}
// 等待數(shù)據(jù)生成，保存
static class SaveData implements Runnable {
@Override
public void run() {
synchronized (lock){
while (dataList.size()==0){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"等待...");
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("SaveData .."+ dataList.get(0)+dataList.get(1));
}
}
}
// 生成數(shù)據(jù)，通知保存
static class AnalyData implements Runnable {
@Override
public void run() {
synchronized (lock){
dataList.add("hello,");
dataList.add("java");
lock.notify();
System.out.println("AnalyData End...");
}
}
}
}
注意：除了dataList滿足寫(xiě)條件，還要在AnalyData線程執(zhí)行通知操作。
三、管道流通信
1、管道流簡(jiǎn)介
基本概念
管道流主要用于在不同線程間直接傳送數(shù)據(jù)，一個(gè)線程發(fā)送數(shù)據(jù)到輸出管道，另一個(gè)線程從輸入管道中讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同線程間的通信。
實(shí)現(xiàn)分類(lèi)
管道字節(jié)流：PipedInputStream和PipedOutputStream；
管道字符流：PipedWriter和PipedReader；
新IO管道流：Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel；
2、使用案例
public class NotifyThread02 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
// 鏈接輸入流和輸出流
pos.connect(pis);
// 寫(xiě)數(shù)據(jù)線程
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
// 將從鍵盤(pán)讀取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入管道流
PrintStream ps = new PrintStream(pos);
while (true) {
try {
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
ps.println(br.readLine());
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "輸入數(shù)據(jù)線程：").start();
// 讀數(shù)據(jù)線程
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(pis));
while (true) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + br.readLine());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "輸出數(shù)據(jù)線程：").start();
}
}
寫(xiě)線程向管道流寫(xiě)入數(shù)據(jù)，讀線程讀取數(shù)據(jù)，完成基本通信流程。
四、生產(chǎn)消費(fèi)模式
1、業(yè)務(wù)場(chǎng)景
基于線程等待通知機(jī)制：實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)一件商品，通知商店賣(mài)出一件商品的業(yè)務(wù)流程。
2、代碼實(shí)現(xiàn)
public class NotifyThread03 {
public static void main(String[] args) {
Product product = new Product();
ProductFactory productFactory = new ProductFactory(product);
ProductShop productShop = new ProductShop(product);
productFactory.start();
productShop.start();
}
}
// 產(chǎn)品
class Product {
public String name ;
public double price ;
// 產(chǎn)品是否生產(chǎn)完畢,默認(rèn)沒(méi)有
boolean flag ;
}
// 產(chǎn)品工廠：生產(chǎn)
class ProductFactory extends Thread {
Product product ;
public ProductFactory (Product product){
this.product = product;
}
@Override
public void run() {
int i = 0 ;
while (i < 20) {
synchronized (product) {
if (!product.flag){
if (i%2 == 0){
product.name = "鼠標(biāo)";
product.price = 79.99;
} else {
product.name = "鍵盤(pán)";
product.price = 89.99;
}
System.out.println("產(chǎn)品："+product.name+"【價(jià)格："+product.price+"】出廠...");
product.flag = true ;
i++;
// 通知消費(fèi)者
product.notifyAll();
} else {
try {
// 進(jìn)入等待狀態(tài)
product.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
// 產(chǎn)品商店：銷(xiāo)售
class ProductShop extends Thread {
Product product ;
public ProductShop (Product product){
this.product = product ;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (product) {
if (product.flag == true ){
System.out.println("產(chǎn)品:"+product.name+"【價(jià)格"+(product.price*2)+"】賣(mài)出...");
product.flag = false ;
product.notifyAll(); //喚醒生產(chǎn)者
} else {
try {
product.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
流程描述：ProductFactory生成一件商品，通知商店售賣(mài)，通過(guò)flag標(biāo)識(shí)判斷控制是否進(jìn)入等待狀態(tài)，商店賣(mài)出商品后，再次通知工廠生產(chǎn)商品。
五、源代碼地址
GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent
以上就是Java并發(fā)編程之線程間的通信的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java 線程間通信的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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