Java开发笔记(一百零三)线程间的通信方式

前面介绍了多线程并发之时的资源抢占情况,以及利用同步、加锁、信号量等机制解决资源冲突问题,不过这些机制只适合同一资源的共享分配,并未涉及到某件事由的前因后果。日常生活中,经常存在两个前后关联的事务,像雇员和雇主这两个角色,他们之间的某些工作就带有因果关系。比如要等雇主接到了项目,雇员才有活干;又如每月末员工都等着老板发工资,这样才有钱逛街和吃大餐,此时员工的消费行为便依赖于老板的发薪水动作。如此看来,两个线程之间理应建立某种消息通路,每当线程A完成某个事项,就将完成标志通知线程B,线程B收到通知之后,认为前提条件已经满足,这才进行后续的处理过程。线程之间的消息通路,可视作在线程间传递信息,专业的说法叫做“通信”,如何在多线程并发时进行有效通信,这是多线程技术中的一大课题。
依据线程并发时的不同管理机制,线程间的通信也各有不同的方式,接下来将分别论述同步机制与加锁机制之下的两种线程通信过程。
首先是同步机制,采用同步代码块的话,需要在关键字synchronized后面补充待同步的对象实例,之前的同步代码块统一写成“synchronized (this)”。可是圆括号内部一定要填this吗?圆括号的内部参数究竟是干什么用的?其实synchronized附带的圆括号参数正是在线程间通信的邮差,以前的同步演示代码由于没进行线程通信,因此圆括号里的参数没有具体要求,一般填this即可。现在要想在线程间进行通信,就必须启用圆括号参数了,并且两个线程都要在synchronized后面填写该参数对象。
举个例子,雇员等着雇主发工资,那员工怎样才知道老板已经发了呢?要是由员工自己一会儿一会儿去查银行卡,平时的工作都会受到影响,所以可让员工留个等工资的心眼就好。然后老板一个一个发工资,发完之后给员工递个工资条,或者给员工发封工资邮件,这样员工收到工资条便知薪水到账了。那么在等工资和发工资这两个线程之间,即可令工资条作为二者的信使,于是同步代码块可改写为“synchronized (工资条对象)”的形式。同时工资条对象还要支持等待与发放两个动作,因为这类动作早就隐藏在Object类的基本方法中,所以开发者不必担心工资条对象该为Integer类型还是别的什么类型,凡是正常的实例都拥有等待与发放的方法,具体的方法说明如下:
wait:等待通知。
notify:在等待队列中随机挑选一个线程发放通知。
notifyAll:向等待队列中的所有线程发放通知。
在编码实现同步机制的通信过程时,先分别创建雇员和雇主的工作任务,其中雇员任务在同步代码块中调用工资条对象的wait方法,表示等着发工资;而雇主任务在同步代码块中调用工资条对象的notify方法,表示发完工资了。然后依次启动员工线程和老板线程,员工线程负责等工资以及收到工资后的消费行为,老板线程负责发工资以及记账操作。据此编写的同步线程通信代码示例如下:

	// 员工与老板之间通过工资条通信
	private static Integer salary = 5000;
	
	// 测试通过wait和notify方法进行线程间通信
	private static void testWaitNotify() {
		// 创建雇员的工作任务
		Runnable employee = new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "等着发工资。");
				synchronized (salary) { // 工资是我的,你们别抢
					try {
						salary.wait(); // 等待发工资
						// 打印拿到工资后的庆祝日志
						PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "今晚赶紧吃大餐。");
					} catch (InterruptedException e) { // 等待期间允许接收中断信号
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		};
		// 创建雇主的工作任务
		Runnable boss = new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				// 稍等一会儿,老板线程的同步代码块务必在员工线程的同步代码块之后开始运行,否则员工线程将一直等待
				wait_a_moment();
				PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "开始发工资。");
				synchronized (salary) { // 由我发工资,你们别闹
					wait_a_moment(); // 银行转账也需要时间
					salary.notify(); // 随机通知其中一个等待线程
					// 手好酸,发工资也是个体力活,记个账
					PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "发完工资了。");
				}
			}
		};
		new Thread(employee, "同步机制的员工").start(); // 启动员工等工资的线程
		new Thread(boss, "同步机制的老板").start(); // 启动老板发工资的线程
	}

	// 稍等一会儿,模拟日常事务的时间消耗
	private static void wait_a_moment() {
		int delay = new Random().nextInt(500); // 生成500以内的随机整数
		try {
			Thread.sleep(delay); // 睡眠若干毫秒
		} catch (InterruptedException e) {
		}
	}

运行上面的线程通信代码,打印出以下的线程日志:

14:37:29.685 同步机制的员工 等着发工资。
14:37:29.994 同步机制的老板 开始发工资。
14:37:30.120 同步机制的老板 发完工资了。
14:37:30.120 同步机制的员工 今晚赶紧吃大餐。

 

从日志可见,员工线程果然在等到工资之后才去吃大餐。

同步机制能够通过wait/notify完成线程通信功能,那么加锁机制又该如何进行线程间通信呢?既然加锁机制设计了专门的锁工具,那么锁钥内外的线程也只能通过锁工具来通信,信使则为调用锁对象的newCondition方法返回的Condition条件对象。条件对象同样拥有等待与发放的方法,且与Object类的三个方法一一对应,具体说明如下:
await:等待通知。
signal:在等待队列中随机挑选一个线程发放通知。
signalAll:向等待队列中的所有线程发放通知。
以可重入锁ReentrantLock为例,依然要先分别创建雇员和雇主的工作任务,其中雇员任务在加锁之后再调用条件对象的await方法,表示等着发工资;而雇主任务在加锁之后再调用条件对象的signal方法,表示发完工资了;另外雇员任务和雇主任务均需在结束之前进行解锁。然后依次启动员工线程和老板线程,员工线程负责等工资以及收到工资后的消费行为,老板线程负责发工资以及记账操作。下面是在加解锁线程之间进行通信的代码例子:

	// 创建一个可重入锁
	private final static ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
	// 获取可重入锁的条件对象
	private static Condition condition = reentrantLock.newCondition();
	
	// 测试通过Condition对象进行线程间通信
	private static void testCondition() {
		// 创建雇员的工作任务
		Runnable employee = new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "等着发工资。");
				reentrantLock.lock(); // 对可重入锁加锁
				try {
					condition.await(); // 这里在等待条件对象的信号
					// 打印拿到工资后的庆祝日志
					PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "今晚赶紧吃大餐。");
				} catch (InterruptedException e) { // 等待期间允许接收中断信号
					e.printStackTrace();
				}
				reentrantLock.unlock(); // 对可重入锁解锁
			}
		};
		// 创建雇主的工作任务
		Runnable boss = new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				// 稍等一会儿,老板线程的加锁务必在员工线程的加锁之后执行,否则员工线程将一直等待
				wait_a_moment();
				PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "开始发工资。");
				reentrantLock.lock(); // 对可重入锁加锁
				wait_a_moment(); // 银行转账也需要时间
				condition.signal(); // 给条件对象发送信号
				// 手好酸,发工资也是个体力活,记个账
				PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), "发完工资了。");
				reentrantLock.unlock(); // 对可重入锁解锁
			}
		};
		new Thread(employee, "加锁机制的员工").start(); // 启动员工等工资的线程
		new Thread(boss, "加锁机制的老板").start(); // 启动老板发工资的线程
	}

 

运行上述的线程通信代码,打印出如下的线程日志:

14:57:07.794 加锁机制的员工 等着发工资。
14:57:07.801 加锁机制的老板 开始发工资。
14:57:07.905 加锁机制的老板 发完工资了。
14:57:07.906 加锁机制的员工 今晚赶紧吃大餐。

 

可见加锁机制同样实现了线程间通信的功能。



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posted @ 2019-05-27 21:59  pinlantu  阅读(414)  评论(0编辑  收藏  举报