java多线程5:线程间的通信
在多线程系统中,彼此之间的通信协作非常重要,下面来聊聊线程间通信的几种方式。
wait/notify
想像一个场景,A、B两个线程操作一个共享List对象,A对List进行add操作,B线程等待List的size=500时就打印记录日志,这要怎么处理呢?
一个办法就是,B线程while (true) { if(List.size == 500) {打印日志} },这样两个线程之间就有了通信,B线程不断通过轮训来检测 List.size == 500 这个条件。
这样可以实现我们的需求,但是也带来了问题:CPU把资源浪费了B线程的轮询操作上,因为while操作并不释放CPU资源,导致了CPU会一直在这个线程中做判断操作。
这要非常浪费CPU资源,所以就需要有一种机制来实现减少CPU的资源浪费,而且还可以实现在多个线程间通信,它就是“wait/notify”机制。
定义两个线程类:
public class MyThread1_1 extends Thread { private Object lock; public MyThread1_1(Object lock) { this.lock = lock; } public void run() { try { synchronized (lock) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------wait time = " + System.currentTimeMillis()); lock.wait(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------sleep time = " + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(2000); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------sleep time = " + System.currentTimeMillis()); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------wait time = " + System.currentTimeMillis()); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
public class MyThread1_2 extends Thread { private Object lock; public MyThread1_2(Object lock) { this.lock = lock; } public void run() { try { synchronized (lock) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------notify time = " + System.currentTimeMillis()); lock.notify(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始------sleep time = " + System.currentTimeMillis()); Thread.sleep(2000); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------sleep time = " + System.currentTimeMillis()); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束------notify time = " + System.currentTimeMillis()); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
测试方法,myThread1先执行,然后sleep 一秒后,myThread2再执行
@Test public void test1() throws InterruptedException { Object object = new Object(); MyThread1_1 myThread1_1 = new MyThread1_1(object); MyThread1_2 myThread1_2 = new MyThread1_2(object); myThread1_1.start(); Thread.sleep(1000); myThread1_2.start(); myThread1_1.join(); myThread1_2.join(); }
执行结果:
Thread-0开始------wait time = 1639464183921 Thread-1开始------notify time = 1639464184925 Thread-1开始------sleep time = 1639464184925 Thread-1结束------sleep time = 1639464186928 Thread-1结束------notify time = 1639464186928 Thread-0开始------sleep time = 1639464186928 Thread-0结束------sleep time = 1639464188931 Thread-0结束------wait time = 1639464188931
可以看到第一行和第二行 开始执行之间只间隔了1s,说明wait方法确实进入等待,
而且没有继续执行wait后面的sleep 2秒,而是执行了notify方法,说明wait方法可以使调用该方法的线程释放共享资源的锁,然后从运行状态退出,进入等待队列,直到被再次唤醒。
第二行和第五行间隔2秒钟,说明notify方法不会释放共享资源的锁。
第6行 说明notify执行完后,唤醒了刚才wait的线程,从而继续执行后面的sleep方法。
说明notify方法可以随机唤醒等待队列中等待同一共享资源的“一个”线程,并使该线程退出等待队列,进入可运行状态,也就是notify()方法仅通知“一个”线程。
另外还有notifyAll()方法可以使所有正在等待队列中等待同一共享资源的“全部”线程从等待状态退出,进入可运行状态。
此时,优先级最高的那个线程最先执行,但也有可能是随机执行,因为这要取决于JVM虚拟机的实现。
方法join
前面的测试方法中几乎都使用了join方法,那么这个方法到底起到什么作用呢?
在很多情况下,主线程创建并启动子线程,如果子线程中要进行大量的耗时运算,主线程往往将早于子线程结束之前结束,
所以在主线程中使用join方法的作用就是让主线程等待子线程线程对象销毁。
/** * Waits at most {@code millis} milliseconds for this thread to * die. A timeout of {@code 0} means to wait forever. * * <p> This implementation uses a loop of {@code this.wait} calls * conditioned on {@code this.isAlive}. As a thread terminates the * {@code this.notifyAll} method is invoked. It is recommended that * applications not use {@code wait}, {@code notify}, or * {@code notifyAll} on {@code Thread} instances. * * @param millis * the time to wait in milliseconds * * @throws IllegalArgumentException * if the value of {@code millis} is negative * * @throws InterruptedException * if any thread has interrupted the current thread. The * <i>interrupted status</i> of the current thread is * cleared when this exception is thrown. */ public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException { long base = System.currentTimeMillis(); long now = 0; if (millis < 0) { throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative"); } if (millis == 0) { while (isAlive()) { wait(0); } } else { while (isAlive()) { long delay = millis - now; if (delay <= 0) { break; } wait(delay); now = System.currentTimeMillis() - base; } } }
看下jdk API的源码可以看到,其实join内部使用的还是wait方法进行等待,
join(long millis)方法的一个重点是要区分出和sleep(long millis)方法的区别:
sleep(long millis)不释放锁,join(long millis)释放锁,因为join方法内部使用的是wait(),因此会释放锁。join()其实就是join(0)而已。
ThreadLocal类
ThreadLocal不是用来解决共享对象的多线程访问问题的,而是实现每一个线程都维护自己的共享变量,起到线程隔离的作用。
关于ThreadLocal源码分析可以参考这篇文章:https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4854813.html。
下面看个ThreadLocal的例子:
public class Tools { public static ThreadLocal<Object> tl = new ThreadLocal<Object>(); }
两个线程类,分别向ThreadLocal里设置值
public class MyThread1_1 extends Thread { @Override public void run() { try { for (int i = 0; i < 10; i++) { Tools.tl.set("ThreadA" + (i + 1)); System.out.println("ThreadA get Value=" + Tools.tl.get()); Thread.sleep(200); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
public class MyThread1_2 extends Thread { @Override public void run() { try { for (int i = 0; i < 10; i++) { Tools.tl.set("ThreadB" + (i + 1)); System.out.println("ThreadB get Value=" + Tools.tl.get()); Thread.sleep(200); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
@Test public void test1() { try { MyThread1_1 a = new MyThread1_1(); MyThread1_2 b = new MyThread1_2(); a.start(); b.start(); a.join(); b.join(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }
执行结果:
ThreadB get Value=ThreadB1 ThreadA get Value=ThreadA1 ThreadA get Value=ThreadA2 ThreadB get Value=ThreadB2 ThreadA get Value=ThreadA3 ThreadB get Value=ThreadB3 ThreadA get Value=ThreadA4 ThreadB get Value=ThreadB4 ThreadB get Value=ThreadB5 ThreadA get Value=ThreadA5 ThreadB get Value=ThreadB6 ThreadA get Value=ThreadA6 ThreadB get Value=ThreadB7 ThreadA get Value=ThreadA7 ThreadB get Value=ThreadB8 ThreadA get Value=ThreadA8 ThreadA get Value=ThreadA9 ThreadB get Value=ThreadB9 ThreadB get Value=ThreadB10 ThreadA get Value=ThreadA10
可以看到两个线程取出的值没有重复也没有互相影响,其实它内部变化的只是线程本身的 ThreadLocalMap。
感兴趣的还可以去看看 InheritableThreadLocal,它可以在子线程中取得父线程继承下来的值。
参考文献
1:《Java并发编程的艺术》
2:《Java多线程编程核心技术》
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勇气是,尽管你感到害怕,但仍能迎难而上。
尽管你感觉痛苦,但仍能直接面对。
向前一步,也许一切都会不同。
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