Java多线程：线程间通信方式
文章目录
- Java线程通信
- wait()、notify()、notifyAll()
- API说明
- 实现原理
- 代码实现
- await()、signal()、signalAll()
- API说明
- 实现原理
- 代码实现
- BlockingQueue
- API说明
- 实现原理
- 代码实现
Java线程通信
在Java中线程通信主要有以下三种方式：
wait()、notify()、notifyAll()
如果线程之间采用synchronized来保证线程安全，则可以利用wait()、notify()、notifyAll()来实现线程通信。
这三个方法都不是Thread类中所声明的方法，而是Object类中声明的方法。原因是每
个对象都拥有锁，所以让当前线程等待某个对象的锁，当然应该通过这个对象来操作，Object源码方法如下：
并且因为当前线程可能会等待多个线程的锁，如果通过线程来操作，就非常复杂了。另外，这三个方法都是本地方法，并且被final修饰，无法被重写。
API说明
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| wait() | 方法可以让当前线程释放对象锁并进入阻塞状态 |
| notify() | 方法用于唤醒一个正在等待相应对象锁的线程，使其进入就绪队列，以便在当前线程释放锁后竞争锁，进而得到CPU的执行 |
| notifyAll() | 用于唤醒所有正在等待相应对象锁的线程，使它们进入就绪队列，以便在当前线程释放锁后竞争锁，进而得到CPU的执行 |
实现原理
每个锁对象都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列。就绪队列存储了已就绪（将要竞争锁）的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程。当一个阻塞线程被唤醒后，才会进入就绪队列，进而等待CPU的调度。反之，当一个线程被wait后，就会进入阻塞队列，等待被唤醒。
代码实现
案例步骤：通信是在不同线程间的通信，一个线程处于wait状态阻塞等待被唤醒，另一个线程通过notify或者notifyAll唤醒，当前的唤醒操作必须是作用与同一个对象，注意在进行唤醒和阻塞时必须要加锁的，加锁需要使用synchronized关键字。
代码如下：
package com.yyl.threadtest.communication;class WaitDemo extends Thread{private Object obj;public WaitDemo(Object obj) {this.obj = obj;}@Overridepublic void run() {synchronized (obj) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "WaitDemo执行开始================");try {// 调用wait方法阻塞线程执行System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "WaitDemo进行等待================");obj.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "WaitDemo执行结束================");}}
}class NotifyDemo extends Thread{private Object obj;public NotifyDemo(Object obj) {this.obj = obj;}@Overridepublic void run() {synchronized (obj) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "NotifyDemo执行开始================");try {Thread.sleep(1000);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "NotifyDemo 睡眠1s后进行通知================");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}obj.notify(); //调用notify方法唤醒阻塞线程System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "NotifyDemo执行结束================");}}
}public class WaitNotifyTest {public static void main(String[] args) {Object object = new Object();WaitDemo waitDemo = new WaitDemo(object);NotifyDemo notifyDemo = new NotifyDemo(object);waitDemo.setName("WaitDemo线程");notifyDemo.setName("NotifyDemo线程");waitDemo.start();notifyDemo.start();}
}
运行结果：
await()、signal()、signalAll()
如果线程之间采用Lock来保证线程安全，则可以利用await()、signal()、signalAll()来实现线程通信。
这三个方法都是Condition接口中的方法，该接口是在Java 1.5中出现的，它用来替代传统的wait+notify实现线程间的协作，它的使用依赖于 Lock。相比使用wait+notify，使用Condition的await+signal这种方式能够更加安全和高效地实现线程间协作。
Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition() 。 必须要注意的是，Condition 的 await()/signal()/signalAll() 使用都必须在lock保护之内，也就是说，必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用。
事实上，await()/signal()/signalAll() 与 wait()/notify()/notifyAll()有着天然的对应关系。
- Conditon中的await()对应Object的wait()，
- Condition中的signal()对应Object的notify()
- Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()
所以他们的API是类似的：
API说明
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| await() | 方法可以让当前线程释放lock锁并进入阻塞状态。 |
| signal() | 方法用于唤醒一个正在等待相应lock锁的线程，使其进入就绪队列，以便在当前线程释放锁后竞争锁，进而得到CPU的执行。 |
| signalAll() | 用于唤醒所有正在等待相应lock锁的线程，使它们进入就绪队列，以便在当前线程释放锁后竞争锁，进而得到CPU的执行。 |
| lock.newCondition()() | 用于获得Condition对象 |
实现原理
内容过多，参考我的另一篇博文：https://blog.csdn.net/weixin_45525272/article/details/127741915
代码实现
package com.yyl.threadtest.communication;import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;class AwaitDemo extends Thread {private ReentrantLock lock;private Condition condition;public AwaitDemo(ReentrantLock lock, Condition condition) {this.lock = lock;this.condition = condition;}@Overridepublic void run() {lock.lock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "AwaitDemo 执行开始================");try {// 调用wait方法阻塞线程执行System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "AwaitDemo 进行等待================");condition.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "AwaitDemo 执行结束================");lock.unlock();}
}class SignalDemo extends Thread {private ReentrantLock lock;private Condition condition;public SignalDemo(ReentrantLock lock, Condition condition) {this.lock = lock;this.condition = condition;}@Overridepublic void run() {lock.lock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "SignalDemo 执行开始================");try {Thread.sleep(1000);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "SignalDemo 睡眠1s后进行通知================");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}condition.signal(); //调用 signal 方法唤醒阻塞线程System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "SignalDemo 执行结束================");lock.unlock();}
}public class AwaitSignalTest {public static void main(String[] args) {ReentrantLock lock = new ReentrantLock();Condition condition = lock.newCondition();AwaitDemo awaitDemo = new AwaitDemo(lock,condition);SignalDemo signalDemo = new SignalDemo(lock,condition);awaitDemo.setName("AwaitDemo线程");signalDemo.setName("SignalDemo线程");awaitDemo.start();signalDemo.start();}
}
运行结果如下：
BlockingQueue
Java 5提供了一个BlockingQueue接口，虽然BlockingQueue也是Queue的子接口，但它的主要用途并不是作为容器，而是作为线程通信的工具。BlockingQueue具有一个特征：当生产者线程试图向BlockingQueue中放入元素时，如果该队列已满，则该线程被阻塞；当消费者线程试图从BlockingQueue中取出元素时，如果该队列已空，则该线程被阻塞。
程序的两个线程通过交替向BlockingQueue中放入元素、取出元素，即可很好地控制线程的通信。线程之间需要通信，最经典的场景就是生产者与消费者模型，而BlockingQueue就是针对该模型提供的解决方案。
API说明
核心方法：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| put(anObject) | 将参数放入队列,如果放不进去会阻塞 |
| take() | 取出第一个数据,取不到会阻塞 |
其他方法（与List类似）
| 方法\处理方式 | 抛出异常 | 返回特殊值 | 一直阻塞 | 超时退出 |
|---|---|---|---|---|
| 插入方法 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e,time,unit) |
| 移除方法 | remove() | poll() | take() | poll(time,unit) |
| 检查方法 | element() | peek() | 不可用 | 不可用 |
多线程一般多用put与take
实现原理
内容过多，参考我的另一篇博文：https://blog.csdn.net/weixin_45525272/article/details/127741915
代码实现
class Demo02 {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建阻塞队列的对象,容量为 1ArrayBlockingQueue<String> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);// 存储元素arrayBlockingQueue.put("糖果");// 取元素System.out.println(arrayBlockingQueue.take());System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); // 取不到会阻塞System.out.println("程序结束了");}
}
程序没有结束，他会一直读取阻塞队列
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