线程间通信

掌握如下关键技术点:

• 使用wait/notify实现线程间的通信
• 生产者/消费者模式的实现
• 方法join的使用
• ThreadLocal类的使用

等待/通知机制

• 不使用等待/通知机制实现线程间通信

线程与线程之间不是独立的个体,它们彼此之间可以相互通信和协作

使用sleep()结合while(true)死循环来实现多个线程间通信
弊端:不停地通过while语句轮询机制来检测某一个条件,大大浪费了CPU资源

如果轮询的时间间隔很小,更浪费CPU资源;如果轮询的时间间隔很大,有可能取不到想要的数据

• 什么是等待/通知机制

线程A调用了对象O的wiat方法进入等待状态，而线程B调用了对象O的notify或者notifyAll方法，线程A收到通知后从对象O的wait方法返回，进而执行后续操作。

• 等待/通知机制的实现

方法wait()的作用是使当前执行代码的线程进行等待,wait()方法是Object类的方法,该方法用来将当前的线程置入"预执行队列"中,并且在wait()所在的代码行处停止执行,直到接到通知或被中断为止.在调用wait()方法之前,线程必须获得该对象的对象级别锁,即只能在同步方法或同步代码块中调用wait()方法.在执行wait()方法后,当前线程释放锁.在从wait()返回前,线程与其他线程竞争重新获得锁.如果调用wait()时没有持有适当的锁,则抛出IllegalMonitorStateException,它是RuntimeException的一个子类,因此,不需要try-catch语句进行捕捉异常.

方法notify()也要在同步方法或者同步代码块中调用,即在调用前,线程也必须获得该对象的对象级别锁.如果调用notify()时没有持有适当的锁,也会抛出IllegalMonitorStateException.该方法用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程,如果有多个线程等待,则由线程规划器随机挑选出其中一个呈wait状态的线程,对其发出通知notify,并使它等待获取该对象的对象锁,需要说明的是,在执行notify()方法后,当前线程不会马上释放对象锁,呈wait状态的线程也不能马上获得该对象锁,要等到执行notify()方法的线程将程序执行完,也就是退出synchronized代码块后,当前线程才会释放锁,而呈wait状态所在的线程才可以获取该对象锁.当第一个获得了该对象锁的wait线程运行完毕以后,它会释放掉该对象锁,此时如果该对象没有再次使用notify语句,则即便对象已经空闲,其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知,还会继续阻塞在wait状态,直到这个对象发出一个notify或者notifyAll.

总结:wait使线程停止运行,而notify使停止的线程继续运行.

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
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.

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,但也有可能随机执行,这要取决于JVM虚拟机的实现.

1.新创建一个新的线程对象后,再调用它的start()方法,系统会为此线程分配CPU资源,使其处于Runnable(可运行)状态,这是一个准备运行的阶段.如果线程抢到占有CPU资源,此线程就处于Running(运行)状态

2.Runnable状态和Running状态可相互切换,因为有可能线程运行一段时间后,有其他高优先级的线程抢占了CPU资源,这时此线程就从Running状态变成了Runnable状态.

线程进入Runnable状态大体分为如下5种情况:

调用sleep()方法后经过的时间超过了指定的休眠时间

线程调用的阻塞IO已经返回,阻塞方法执行完毕

线程成功地获得了试图同步的监视器

线程正在等待某个通知,其他线程发出了通知

处于挂起状态的线程调用了resume恢复方法

3.Blocked是阻塞的意思,例如遇到了一个IO操作,此时CPU处于空闲的状态,可能会转而把CPU时间片分配给其他线程,这时也可以称为"暂停"状态.Blocked状态结束后,进入Runnable状态,等待系统重新分配资源.

出现阻塞的情况大体分为如下5种:

线程调用了sleep方法,主动放弃占用的处理器资源.

线程调用了阻塞式IO方法,在该方法返回前,该线程被阻塞

线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器被其他线程所持有

线程等待了某个通知

程序调用了suspend方法将该线程挂起.此方法容易出现死锁,尽量避免使用该方法.

4.run()方法运行结束后进入销毁阶段,整个线程执行完毕.
每个锁对象都有两个队列:就绪队列,阻塞队列.就绪队列存储了将要获得锁的线程,阻塞队列存储了被阻塞的线程.
一个线程被唤醒后,才会进入就绪队列,等待CPU的调度;反之,一个线程被wait后,就会进入阻塞队列,等待下一次被唤醒.

• 方法wait()锁释放与notify()锁不释放

当方法wait()被执行后,锁被自动释放,但执行完notify()方法,锁却不自动释放.

• 当interrupt方法遇到wait方法

当线程呈wait()状态时,调用线程对象的interrupt()方法会出现InterruptedException异常.
1.执行完同步代码块就会释放对象的锁,
2.在执行同步代码块的过程中,遇到异常而导致线程终止,锁也会被释放
3.在执行同步代码块的过程中,执行了锁所属对象的wait()方法,这个线程会释放对象锁,而此线程对象会进入线程等待池中,等待被唤醒.

• 只通知一个线程

调用方法notify()一次只随机通知一个线程进行唤醒.

• 唤醒所有线程

使用notifyAll()可以唤醒全部线程.

• 方法wait(long)的使用

带一个参数的wait(long)方法的功能是等待某一时间内是否有线程对锁进行唤醒,如果超过这个时间则自动唤醒

• 通知过早

如果通知过早,则会打乱程序正常的运行逻辑
解决方法:添加Boolean值记录是否过早通知.

• 等待wait的条件发生变化

在使用wait/notify模式时,还需要注意wait等待的条件发生了变化,也容易造成逻辑的混乱

• 生产者/消费者模式实现

等待/通知模式最经典的案例就是"生产者/消费者"模式.
1.一生产与一消费:操作值
2.多生产与多消费:操作值-假死

"假死"的现象其实就是线程进入WAITING等待状态.如果全部线程都进入了WAITING状态,则程序就不再执行任何业务功能了,整个项目呈停止状态.

3.多生产与多消费:操作值
4.一生产与一消费:操作栈
5.一生产与多消费--操作栈:解决wait条件改变与假死
6.多生产与一消费:操作栈
7.多生产与多消费:操作栈

• 通过管道进行通信:字节流 PipedOutputStream PipedInputStream

管道流(pipeStream):用于在不同线程间直接传送数据.一个线程发送数据到输出管道,另一个线程从输入管道中读取数据.通过使用管道,实现不同线程间的通信,而无须借助于类似临时文件之类的东西.

outputStream.connect(inputStream);的作用是使两个Stream之间产生通信连接

• 通过管道进行线程间通信:字符流 PipedWriter PipedReader

• 实战:等待/通知之交叉备份

方法join的使用

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.这时,如果主线程想要等待子线程执行完成之后再结束,比如子线程处理一个数据,主线程要取得这个数据中的值,就要用到join()方法了.
方法join()的作用是等待线程对象销毁

• 学习方法join前的铺垫

• 用join()方法来解决

方法join的作用是使所属的线程对象x正常执行run()方法中的任务,而使当前线程z进行无限期的阻塞,等待线程x销毁后再继续执行线程z后面的代码.
方法join具有使线程排队运行的作用,有些类似同步的运行效果.
join与synchronized的区别是:join在内部使用wait()方法进行等待,而synchronized关键字使用的是"对象监视器"原理作为同步

• 方法join与异常

在join过程中,如果当前线程对象被中断,则当前线程出现异常.(join方法和interrupt方法)

• 方法join(long)的使用

方法join(long)中的参数是设定等待的时间

• 方法join(long)与sleep(long)区别

方法join(long)的功能在内部是使用wait(long)方法来实现的,所以join(long)方法具有释放锁的特点

• 方法join()后面的代码提前运行:出现意外
• 方法join()后面的代码提前运行:解释意外

类ThreadLocal的使用

变量值的共享可以使用public static变量的形式,所有的线程都是用同一个publicstatic变量.
ThreadLocal类实现了每一个线程都有自己的共享变量.
类ThreadLocal主要解决的就是每个线程绑定自己的值,可以将ThreadLocal类比喻成全局存放数据的盒子,盒子中可以存储每个线程的私有数据.

• 方法get()与null

类ThreadLocal解决的是变量在不同线程间的隔离性,也就是不同线程拥有自己的值,不同线程中的值是可以放入ThreadLocal类中进行保存的

• 验证线程变量的隔离性

• 解决get()返回null问题

继承ThreadLocal类,覆盖initialValue()方法具有初始值

类InheritableThreadLocal的使用

• 值继承 initialValue()

使用InheritThreadLocal类可以让子线程从父线程中取得值

• 值继承再修改 childValue()