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一、概念简介

1、线程通信

在操作系统中，线程是个独立的个体，但是在线程执行过程中，如果处理同一个业务逻辑，可能会产生资源争抢，导致并发问题，通常使用互斥锁来控制该逻辑。但是在还有这样一类场景，任务执行是有顺序控制的，例如常见的报表数据生成：

启动数据分析任务，生成报表数据；
报表数据存入指定位置数据容器；
通知数据搬运任务，把数据写入报表库；

该场景在相对复杂的系统中非常常见，如果基于多线程来描述该过程，则需要线程之间通信协作，才能有条不紊的处理该场景业务。

2、等待通知机制

如上的业务场景，如果线程A生成数据过程中，线程B一直在访问数据容器，判断该过程的数据是否已经生成，则会造成资源浪费。正常的流程应该如图，线程A和线程B同时启动，线程A开始处理数据生成任务，线程B尝试获取容器数据，数据还没过来，线程B则进入等待状态，当线程A的任务处理完成，则通知线程B去容器中获取数据，这样基于线程等待和通知的机制来协作完成任务。

3、基础方法

等待/通知机制的相关方法是Java中Object层级的基础方法，任何对象都有该方法：

notify：随机通知一个在该对象上等待的线程，使其结束wait状态返回；
notifyAll：唤醒在该对象上所有等待的线程，进入对象锁争抢队列中；
wait：线程进入waiting等待状态，不会争抢锁对象，也可以设置等待时间；

线程的等待通知机制，就是基于这几个基础方法。

二、等待通知原理

1、基本原理

等待/通知机制，该模式下指线程A在不满足任务执行的情况下调用对象wait()方法进入等待状态，线程B修改了线程A的执行条件，并调用对象notify()或者notifyAll()方法，线程A收到通知后从wait状态返回，进而执行后续操作。两个线程通过基于对象提供的wait()/notify()/notifyAll()等方法完成等待和通知间交互，提高程序的可伸缩性。

2、实现案例

通过线程通信解决上述数据生成和存储任务的解耦流程。

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();}// 等待数据生成，保存static class SaveData implements Runnable {@Overridepublic 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));}}}// 生成数据，通知保存static class AnalyData implements Runnable {@Overridepublic void run() {synchronized (lock){dataList.add("hello,");dataList.add("java");lock.notify();System.out.println("AnalyData End...");}}}
}

注意：除了dataList满足写条件，还要在AnalyData线程执行通知操作。

三、管道流通信

1、管道流简介

基本概念

管道流主要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，进而实现不同线程间的通信。

实现分类

管道字节流：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();// 链接输入流和输出流pos.connect(pis);// 写数据线程new Thread(new Runnable() {public void run() {BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));// 将从键盘读取的数据写入管道流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();}}}}, "输入数据线程：").start();// 读数据线程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();}}}}, "输出数据线程：").start();}
}

写线程向管道流写入数据，读线程读取数据，完成基本通信流程。

四、生产消费模式

1、业务场景

基于线程等待通知机制：实现工厂生产一件商品，通知商店卖出一件商品的业务流程。

2、代码实现

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();}
}
// 产品
class Product {public String name ;public double price ;// 产品是否生产完毕,默认没有boolean flag ;
}
// 产品工厂：生产
class ProductFactory extends Thread {Product product ;public ProductFactory (Product product){this.product = product;}@Overridepublic void run() {int i = 0 ;while (i < 20) {synchronized (product) {if (!product.flag){if (i%2 == 0){product.name = "鼠标";product.price = 79.99;} else {product.name = "键盘";product.price = 89.99;}System.out.println("产品："+product.name+"【价格："+product.price+"】出厂...");product.flag = true ;i++;// 通知消费者product.notifyAll();} else {try {// 进入等待状态product.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}}
}
// 产品商店：销售
class ProductShop extends Thread {Product product ;public ProductShop (Product product){this.product = product ;}@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (product) {if (product.flag == true ){System.out.println("产品:"+product.name+"【价格"+(product.price*2)+"】卖出...");product.flag = false ;product.notifyAll(); //唤醒生产者} else {try {product.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}}
}

流程描述：ProductFactory生成一件商品，通知商店售卖，通过flag标识判断控制是否进入等待状态，商店卖出商品后，再次通知工厂生产商品。

五、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

序号	文章标题
01	Java并发：线程的创建方式，状态周期管理
02	Java并发：线程核心机制，基础概念扩展
03	Java并发：多线程并发访问，同步控制

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