Java多线程间通信

1.多线程之等待与通知机制
1.1什么是等待通知机制？
在生活中，如我们去饭店，服务员拿菜单给我们点菜，然后记录完告诉厨房去做，然后服务员就处于等待状态了。然后厨师把菜做好，就通知服务员把菜端上去。然后服务员被通知之后，就处于被唤醒，然后把菜端过去，这就是一个等待通知的过程。

1.2等待通知机制的实现
1.2.1.等待:
<a>.在调用wait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者同步代码块中才能调用wait()方法。

 <b>.在执行wait()方法后，当前线程释放锁。此时在wait()方法返回前，其他的线程可以竞争获得此锁。

 <c>.如果wait()方法被调用时，没有持有适当的锁，那么就会报一个IllegalMonitorStateException异常。

 <d>.wait()所在代码行处停止执行的条件是接到notify()通知或者被中断。

 1.2.2通知：
  <a>.同样notify();方法也需要，线程获得对象的对象级别锁，即只能在同步方法或者同步代码块中才能调用notify();方法。

  <b>.notify();方法被调用时，如果当前线程没有持有适当的锁，那么就会报一个IllegalMonitorStateException异常。

  <c>.当前如果有多个线程处于等待的状态，那么使用notify();方法，线程规划器只会随机的挑选出其中一个线程。

最重要的一点：等待通知的执行顺序是如果我们执行了notify()；方法并不会马上就释放线程了，而那个wait状态的线程也不能马 

上获取该对象锁。得等到notify();方法的线程执行完（也就是退出了synchronized代码块后），线程才会释放锁，而呈wait()； 

状态的线程菜可以获取该对象锁。

1.2.3实现：

public class ThreadA extends Thread{
private Object lock;

public ThreadA(Object lock) {
    super();
    this.lock = lock;
}

@Override
public void run() {
    try{
        synchronized(lock){
            System.out.println("start  wait time="+System.currentTimeMillis());
            lock.wait();
            System.out.println("end  wait time="+System.currentTimeMillis());
        }
    }catch(InterruptedException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

}

public class ThreadB extends Thread{
private Object lock;

public ThreadB(Object lock) {
    super();
    this.lock = lock;
}

@Override
public void run() {
    synchronized(lock){
        System.out.println("start  notify time="+System.currentTimeMillis());
        lock.notify();
        System.out.println("end  notify time="+System.currentTimeMillis());
    }
}

}

public class Test {

public static void main(String[] args) {
    Object lock=new Object();
    ThreadA a=new ThreadA(lock);
    a.start();
    ThreadB b=new ThreadB(lock);
    b.start();
}

}
结果：
start wait time=1474785491542
start notify time=1474785491542
end notify time=1474785491542
end wait time=1474785491542

1.3线程的状态
一般我们新创建一个新的线程对象后，再去调用start();方法，线程就会为此分配CPU资源，此时线程对象处于 "可运行态"。如果竞争到了资源，那么线程对象就处于运行态了。

 1.3.1可运行态出现的情况
  <a>.调用sleep();方法后经过的时间超过了指定的睡眠时间。

  <b>.线程调用的阻塞的IO已经返回，阻塞方法执行完毕了。

  <c>.线程成功地获得了试图同步的监视器。

  <d>.线程正在等待某个通知，其他线程发出了通知。

  <e>.处于挂起状态的线程调用了resume();恢复方法。

  1.3.2阻塞状态出现的情况
  <a>.线程调用sleep();方法，主动放弃占用的处理器资源。

  <b>.线程调用了阻塞式IO方法，在该方法返回前，该线程被阻塞。

  <c>.线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程所持有。

  <d>.线程等待某个通知。

  <e>.程序调用了suspend();方法将该线程挂起。

清楚一点：锁对象，都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列。就绪队列存储了将要获得锁的线程而阻塞队列存储了被 阻塞的线程。过程就是一个线程被唤醒之后，就进入了就绪队列，等待CPU的调度。如果一个线程被wait后，就会进入到阻塞队

列，等待下一次被唤醒。

1.4唤醒所有线程
唤醒单个线程使用notify();唤醒所有线程采用notifyAll();方法。特点就是让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。优先级最高的那个线程最先执行，但是也可能会随机执行，这取决于JVM是如何实现的了。

1.5方法wait(long time);的使用
功能就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。

public class MyRunnable {
static private Object lock=new Object();
static private Runnable runnable=new Runnable(){

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        try{
            synchronized (lock) {
                System.out.println("start wait time="+System.currentTimeMillis());
                lock.wait(5000);
                System.out.println("end   wait time="+System.currentTimeMillis());
            }
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
};
public static void main(String[] args) {
    Thread t=new Thread(runnable);
    t.start();
}

}
结果：
start wait time=1474788690635
end wait time=1474788695635

1.6等待通知机制的特殊情况
1.6.1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();方法会报一个InterruptedException异常。

public class Service {
public void service(Object lock){
try {
synchronized (lock) {
System.out.println("begin wait");
lock.wait();
System.out.println("end wait");
}
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
System.out.println("产生异常，处于等待态的线程被中断了！");
}
}
}

public class MyThread extends Thread{

private Object lock;
public MyThread(Object lock) {
    super();
    this.lock = lock;
}

@Override
public void run() {
    Service service=new Service();
    service.service(lock);
}

}

public class Test {

public static void main(String[] args) {
    try{
        Object lock=new Object();
        MyThread t=new MyThread(lock);
        t.start();
        Thread.sleep(5000);
        t.interrupt();
    }catch(InterruptedException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

}
结果：

1.6.2通知过早
 一般都是线程对象已经处于等待状态，然后再去通知。如果我们通知过早，那么就会打乱程序的正常运行逻辑。那么此时就不用

 等待了。

public class Test {
private Object lock=new Object();
private Runnable runnable1=new Runnable(){

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        try{
            synchronized (lock) {
                System.out.println("start wait");
                lock.wait();
                System.out.println("end   wait");
            }
        }catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
};
private Runnable runnable2=new Runnable(){

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        synchronized (lock) {
            System.out.println("start notify");
            lock.notify();
            System.out.println("end   notify");
        }
    }
};
public static void main(String[] args) {
    Test test=new Test();
    Thread t2=new Thread(test.runnable2);
    t2.start();
    Thread t1=new Thread(test.runnable1);
    t1.start();
}

}
结果：

 解释：由于先执行了notify();方法，则后续的wait只能一直等待了。解决办法，就是让wait线程先执行，然后避免notify先执行。  

1.7生产者与消费者
1.7.1一生产一消费：操作值

public class Producer {
private String lock;
public Producer(String lock) {
super();
this.lock = lock;
}
public void setValue(){
try{
synchronized (lock) {
if(!ValueObject.value.equals("")){
lock.wait();
}
String value=System.currentTimeMillis()+"_"+System.nanoTime();
System.out.println("set的值是"+value);
ValueObject.value=value;
lock.notify();
}
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

public class Consumer {
private String lock;
public Consumer(String lock) {
super();
this.lock = lock;
}
public void getValue(){
try{
synchronized (lock) {
if(ValueObject.value.equals("")){
lock.wait();
}
System.out.println("get的值是"+ValueObject.value);
ValueObject.value="";
lock.notify();
}
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

public class ThreadA extends Thread{
private Producer producer;
public ThreadA(Producer producer) {
super();
this.producer = producer;
}
@Override
public void run() {
while(true){
producer.setValue();
}
}
}

public class ThreadB extends Thread{
private Consumer consumer;
public ThreadB(Consumer consumer) {
super();
this.consumer = consumer;
}
@Override
public void run() {
while(true){
consumer.getValue();
}
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
String lock=new String("");
Producer producer=new Producer(lock);
Consumer consumer=new Consumer(lock);
ThreadA a=new ThreadA(producer);
ThreadB b=new ThreadB(consumer);
a.start();
b.start();
}
}
结果：
set的值是1474810313983_38415328499642
get的值是1474810313983_38415328499642
set的值是1474810313983_38415328514832
get的值是1474810313983_38415328514832
set的值是1474810313983_38415328526738
get的值是1474810313983_38415328526738
。。。。。

 1.7.2多生产与多消费---操作值

假死情况：就是由于当前是多个生产者、多个消费者，而可能通知是同类之间的通知，如生产者通知生产者，消费者没有被通

知，最后消费者都在等待，生产者看产品未消费，也等待，最后都等待了。结果就是所有的线程都进入了等待态，最后整个项

目都停止了。

例子：

生产者和消费者及其对应的线程都不变。就是多造几个线程。

public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
String lock=new String("");
Producer producer=new Producer(lock);
Consumer consumer=new Consumer(lock);
ThreadA[] tA=new ThreadA[2];
ThreadB[] tB=new ThreadB[2];
for(int i=0;i<2;i++){
tA[i]=new ThreadA(producer);
tA[i].setName("生产者"+(i+1));
tB[i]=new ThreadB(consumer);
tB[i].setName("消费者"+(i+1));
tA[i].start();
tB[i].start();
}
Thread.sleep(5000);
Thread[] threadArray=new Thread[Thread.currentThread().getThreadGroup().activeCount()];
Thread.currentThread().getThreadGroup().enumerate(threadArray);
for(int i=0;i<threadArray.length;i++){
System.out.println(threadArray[i].getName()+" "+threadArray[i].getState());
}
}
}
分析：造成这种结果就是由于notify();方法本身不具有指定性的通知哪一个具体的等待态的线程。所以造成随意通知一个处于等待

态的线程。并且假死的关键在于消费者没有被通知，所以只要保证任一时刻有生产者生产，有消费者消费就OK了。所以解决这种

假死的方式是使用notifyAll();方法，将所有的线程都唤醒，这样消费者还是生产者就都会被唤醒。

  1.7.3一生产与一消费---操作栈

public class MyStack {
private List<String> list=new ArrayList<String>();
public synchronized void push(){
try{
if(list.size() ==1){
this.wait();
}
list.add("anyString="+Math.random());
this.notify();
System.out.println("push="+list.size());
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}

public synchronized String pop(){
    String returnValue="";
    try{
        if(list.size() ==0){
            System.out.println("pop操作中的:"+Thread.currentThread().getName()+"线程呈wait状态");
            this.wait();
        }
        returnValue=""+list.get(0);
        list.remove(0);
        this.notify();
        System.out.println("pop="+list.size());
    }catch(InterruptedException e){
        e.printStackTrace();
    }
    return returnValue;
}

}

public class Producer {
private MyStack myStack;
public Producer(MyStack myStack) {
super();
this.myStack = myStack;
}
public void pushService(){
myStack.push();
}
}

public class Consumer {
private MyStack myStack;
public Consumer(MyStack myStack) {
super();
this.myStack = myStack;
}
public void popService(){
myStack.pop();
}
}

public class PThread extends Thread{
private Producer producer;
public PThread(Producer producer) {
super();
this.producer = producer;
}
@Override
public void run() {
while(true){
producer.pushService();
}
}
}

public class CThread extends Thread{
private Consumer consumer;
public CThread(Consumer consumer) {
super();
this.consumer = consumer;
}
@Override
public void run() {
while(true){
consumer.popService();
}
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
MyStack myStack=new MyStack();
Producer producer=new Producer(myStack);
Consumer consumer=new Consumer(myStack);
PThread pThread=new PThread(producer);
CThread cThread=new CThread(consumer);
pThread.start();
cThread.start();
}
}
结果：
push=1
pop=0
pop操作中的:Thread-1线程呈wait状态
push=1
pop=0
pop操作中的:Thread-1线程呈wait状态

。。。。。。。。

解释：为了有效的生产者生产一个产品，消费者则消费一个产品，如果生产者生产的产品未消费则等待，消费者没有可消费的产品

也等待，那么采用list集合来实现栈，同栈的长度是否为1来判断当前产品是否已经消费，如果长度为1则生产者等待，消费者消费

如果长度为0则生产者生产，消费者等待。这样就实现了所谓的一生产一消费操作栈。

 1.7.4一生产多消费---操作栈
对于生产者，消费者及其对应所在的线程都不变，只是消费者多了几个。

public class Test {
public static void main(String[] args) {
MyStack myStack=new MyStack();
Producer producer=new Producer(myStack);
Consumer consumer1=new Consumer(myStack);
Consumer consumer2=new Consumer(myStack);
Consumer consumer3=new Consumer(myStack);
Consumer consumer4=new Consumer(myStack);
Consumer consumer5=new Consumer(myStack);
PThread pThread=new PThread(producer);
pThread.start();
CThread cThread1=new CThread(consumer1);
CThread cThread2=new CThread(consumer2);
CThread cThread3=new CThread(consumer3);
CThread cThread4=new CThread(consumer4);
CThread cThread5=new CThread(consumer5);
cThread1.start();
cThread2.start();
cThread3.start();
cThread4.start();
cThread5.start();
}
}
结果：

解决办法：将Mystack中的if语句换成while语句即可，这样就没有异常了。而对于假死，还是由于消费者没有对应的生产者生产，

生产者没有对应的消费者消费的问题，所以采用notifyAll();都唤醒就ok 了。

同理对于多生产一消费和多生产多消费都可以手动去实现了，就是多增加了消费者或生产者，这儿就不写了。。。

1.8管道流实现线程间通信
java提供了PipedStream，管道流用于在不同线程之间直接传输数据，形象点就是在两个线程之间设立的管道传输。对应的肯定有

管道字节流和管道字符流了。

  1.8.1管道字节流：

public class OperateData {
public void writeData(PipedOutputStream out){
try{
String outData="我的女神！";
out.write(outData.getBytes());
out.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
public void readData(PipedInputStream input){
try{
System.out.println("read :");
byte[] buf=new byte[20];
int length=0;
while((length=input.read(buf))!=-1){
System.out.println(new String(buf,0,length));
}
input.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

public class WThread extends Thread{
private OperateData operateData;
private PipedOutputStream out;
public WThread(OperateData operateData, PipedOutputStream out) {
super();
this.operateData = operateData;
this.out = out;
}
@Override
public void run() {
operateData.writeData(out);
}
}

public class RThread extends Thread{
private OperateData operateData;
private PipedInputStream input;
public RThread(OperateData operateData, PipedInputStream input) {
super();
this.operateData = operateData;
this.input = input;
}
@Override
public void run() {
operateData.readData(input);
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
try{
OperateData operateData=new OperateData();
PipedInputStream input=new PipedInputStream();
PipedOutputStream out=new PipedOutputStream();
out.connect(input);
RThread rThread=new RThread(operateData,input);
rThread.start();
Thread.sleep(2000);
WThread wThread=new WThread(operateData,out);
wThread.start();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}

结果：
read :
我的女神！

2.避免线程提前结束之join方法的使用
join();方法的作用是等待线程对象销毁。并且join方法可以让线程排队运行。这个看起来有点像同步的意思。

2.1join与synchronized的区别：
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"原理做同步。

2.2join方法和异常：
在执行join的过程中，如果当前线程对象被中断，则当前线程出现异常。会报一个InterruptedException异常。

2.3join(long time)的使用：
方法join(long time);中的参数是设定等待的时间。

public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
try{
System.out.println("begin time="+System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(5000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
try{
MyThread myThread=new MyThread();
myThread.start();
myThread.join(2000);
System.out.println("end time="+System.currentTimeMillis());
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
结果：
begin time=1474859755314
end time=1474859757314

2.4join(long time);方法和sleep(long time);方法的区别
方法join(long time);的功能在内部是使用wait(long time);方法来实现的，所以join(long time);方法具有释放锁的特点。而sleep(long);

 方法在线程睡眠时，并不释放锁。

2.5 join();方法后面的代码提前运行

public class ThreadB extends Thread{
@Override
public synchronized void run() {
try{
System.out.println("begin B ThreadName="+Thread.currentThread().getName()+":"+
System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(5000);
System.out.println("end B ThreadName="+Thread.currentThread().getName()+":"+
System.currentTimeMillis());
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

public class ThreadA extends Thread{
private ThreadB b;
public ThreadA(ThreadB b) {
super();
this.b = b;
}
@Override
public void run() {
try{
synchronized (b) {
System.out.println("begin A ThreadName="+Thread.currentThread().getName()+":"+
System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(5000);
System.out.println("end A ThreadName="+Thread.currentThread().getName()+":"+
System.currentTimeMillis());
}
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
try{
ThreadB b =new ThreadB();
ThreadA a =new ThreadA(b);
a.start();
b.start();
b.join(2000);
System.out.println(" main end="+System.currentTimeMillis());
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

结果1：
begin A ThreadName=Thread-1:1474861031764
end A ThreadName=Thread-1:1474861036772
begin B ThreadName=Thread-0:1474861036772
main end=1474861036772
end B ThreadName=Thread-0:1474861041780

结果2：

begin A ThreadName=Thread-1:1474861153643
end A ThreadName=Thread-1:1474861158651
main end=1474861158651
begin B ThreadName=Thread-0:1474861158651
end B ThreadName=Thread-0:1474861163660

 分析：对于每次运行产生的不同结果，原因在于b.join(2000);执行后，抢到b锁之后，b线程等待2秒，然后将锁进行了释放，那么

 等到2秒执行完，就开始执行main end，然后b等待时间到了才获得锁，开始执行。或者再b线程等待2秒之后，然后将锁释放，b

 抢到锁打印Thread begin，然后这时main end是异步输出了；然后b打印了剩下了的Thread end。

3.ThreadLocal的使用
ThreadLocal类主要解决的就是每个线程绑定自己的值，就是用来存储每个线程的私有数据。

public class Tools {
public static ThreadLocal<String> tl=new ThreadLocal<String>();
}

public class ThreadA extends Thread{
@Override
public void run() {
try{
for(int i=0;i<100;i++){
Tools.tl.set("ThreadA"+(i+1));
System.out.println("ThreadA get Value="+Tools.tl.get());
Thread.sleep(200);
}
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
public class ThreadB extends Thread{
@Override
public void run() {
try{
for(int i=0;i<100;i++){
Tools.tl.set("ThreadB"+(i+1));
System.out.println("ThreadB get Value="+Tools.tl.get());
Thread.sleep(200);
}
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try{
ThreadA a=new ThreadA();
ThreadB b=new ThreadB();
a.start();
b.start();
for(int i=0;i<10;i++){
Tools.tl.set("Main"+(i+1));
System.out.println("Main get Value="+Tools.tl.get());
Thread.sleep(200);
}
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
结果：

。。。。。

。。。。。

解释：ThreadLocal类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，不同的线程中的值是可以放入

ThreadLocal中进行保存的。

4.InheritableThreadLocal的使用
4.1值继承
使用这个类InheritableThreadLocal类可以让子线程从父线程中取得值。

public class InheritableThreadLocalExt extends InheritableThreadLocal<Long>{
@Override
protected Long initialValue() {
// TODO Auto-generated method stub
return new Date().getTime();
}
}

public class Tools {
public static InheritableThreadLocalExt tl=new InheritableThreadLocalExt();
}

public class ThreadA extends Thread{
@Override
public void run() {
try{
System.out.println("ThreadA get Value="+Tools.tl.get());
Thread.sleep(100);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
try{
System.out.println("在 Main线程中取值="+Tools.tl.get());
Thread.sleep(100);
Thread.sleep(5000);
ThreadA a=new ThreadA();
a.start();
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
结果：
在 Main线程中取值=1474875161613
ThreadA get Value=1474875161613

4.2值继承再修改

public class InheritableThreadLocalExt extends InheritableThreadLocal<Long>{
@Override
protected Long initialValue() {
// TODO Auto-generated method stub
return new Date().getTime();
}
@Override
protected Long childValue(Long parentValue) {
// TODO Auto-generated method stub
return parentValue+100;//修改值
}
}
解释：如果子线程在获得值得同时，主线程将InheritableThreadLocal中的值进行更改，那么子线程仍取到的是旧值。
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原文链接：https://blog.csdn.net/ya_1249463314/article/details/52661833