多线程间的5种通信方式

Java

问题

有两个线程，A 线程向一个集合里面依次添加元素“abc”字符串，一共添加十次，当添加到第五次的时候，希望 B 线程能够收到 A 线程的通知，然后 B 线程执行相关的业务操作。线程间通信的模型有两种：共享内存和消息传递，以下方式都是基本这两种模型来实现的。

一、使用 volatile 关键字

基于 volatile 关键字来实现线程间相互通信是使用共享内存的思想。大致意思就是多个线程同时监听一个变量，当这个变量发生变化的时候 ，线程能够感知并执行相应的业务。这也是最简单的一种实现方式

public class TestSync {
    //定义共享变量来实现通信，它需要volatile修饰，否则线程不能及时感知
    static volatile boolean notice = false;
    public static void main(String[] args) {
        List<String>  list = new ArrayList<>();
        //线程A
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                list.add("abc");
                System.out.println("线程A添加元素，此时list的size为：" + list.size());
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (list.size() == 5)
                    notice = true;
            }
        });
        //线程B
        Thread threadB = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (notice) {
                    System.out.println("线程B收到通知，开始执行自己的业务...");
                    break;
                }
            }
        });
        //需要先启动线程B
        threadB.start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 再启动线程A
        threadA.start();
    }
}

二、使用 Object 类的 wait()/notify()

Object 类提供了线程间通信的方法：wait()、notify()、notifyAll()，它们是多线程通信的基础，而这种实现方式的思想自然是线程间通信。
注意：wait/notify 必须配合 synchronized 使用，wait 方法释放锁，notify 方法不释放锁。wait 是指在一个已经进入了同步锁的线程内，让自己暂时让出同步锁，以便其他正在等待此锁的线程可以得到同步锁并运行，只有其他线程调用了notify()，notify并不释放锁，只是告诉调用过wait()的线程可以去参与获得锁的竞争了，但不是马上得到锁，因为锁还在别人手里，别人还没释放，调用 wait() 的一个或多个线程就会解除 wait 状态，重新参与竞争对象锁，程序如果可以再次得到锁，就可以继续向下运行。

public class TestSync {
    public static void main(String[] args) {
        //定义一个锁对象
        Object lock = new Object();
        List<String>  list = new ArrayList<>();
        // 线程A
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                    list.add("abc");
                    System.out.println("线程A添加元素，此时list的size为：" + list.size());
                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (list.size() == 5)
                        lock.notify();//唤醒B线程
                }
            }
        });
        //线程B
        Thread threadB = new Thread(() -> {
            while (true) {
                synchronized (lock) {
                    if (list.size() != 5) {
                        try {
                            lock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    System.out.println("线程B收到通知，开始执行自己的业务...");
                }
            }
        });
        //需要先启动线程B
        threadB.start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //再启动线程A
        threadA.start();
    }
}

由输出结果，在线程 A 发出 notify() 唤醒通知之后，依然是走完了自己线程的业务之后，线程 B 才开始执行，正好说明 notify() 不释放锁，而 wait() 释放锁。

三、使用JUC工具类 CountDownLatch

jdk1.5 之后在java.util.concurrent包下提供了很多并发编程相关的工具类，简化了并发编程代码的书写，CountDownLatch 基于 AQS 框架，相当于也是维护了一个线程间共享变量 state。

public class TestSync {
    public static void main(String[] args) {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        List<String>  list = new ArrayList<>();
        //线程A
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                list.add("abc");
                System.out.println("线程A添加元素，此时list的size为：" + list.size());
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (list.size() == 5)
                    countDownLatch.countDown();
            }
        });
        //线程B
        Thread threadB = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (list.size() != 5) {
                    try {
                        countDownLatch.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("线程B收到通知，开始执行自己的业务...");
                break;
            }
        });
        //需要先启动线程B
        threadB.start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //再启动线程A
        threadA.start();
    }
}

四、使用 ReentrantLock 结合 Condition

public class TestSync {
    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();
        List<String> list = new ArrayList<>();
        //线程A
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                list.add("abc");
                System.out.println("线程A添加元素，此时list的size为：" + list.size());
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (list.size() == 5)
                    condition.signal();
            }
            lock.unlock();
        });
        //线程B
        Thread threadB = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            if (list.size() != 5) {
                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("线程B收到通知，开始执行自己的业务...");
            lock.unlock();
        });
        threadB.start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        threadA.start();
    }
}

这种方式使用起来并不是很好，代码编写复杂，而且线程 B 在被 A 唤醒之后由于没有获取锁还是不能立即执行，也就是说，A 在唤醒操作之后，并不释放锁。这种方法跟 Object 的 wait()/notify() 一样。

五、基本 LockSupport 实现线程间的阻塞和唤醒

LockSupport 是一种非常灵活的实现线程间阻塞和唤醒的工具，使用它不用关注是等待线程先进行还是唤醒线程先运行，但是得知道线程的名字。

public class TestSync {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        //线程B
        final Thread threadB = new Thread(() -> {
            if (list.size() != 5) {
                LockSupport.park();
            }
            System.out.println("线程B收到通知，开始执行自己的业务...");
        });
        //线程A
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                list.add("abc");
                System.out.println("线程A添加元素，此时list的size为：" + list.size());
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (list.size() == 5)
                    LockSupport.unpark(threadB);
            }
        });
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}