先看一个问题:
有两个线程,子线程先执行10次,然后主线程执行5次,然后再切换到子线程执行10,再主线程执行5次……如此往返执行50次。
看完这个问题,很明显要用到线程间的通信了, 先分析一下思路:首先肯定要有两个线程,然后每个线程中肯定有个50次的循环,因为每个线程都要往返执行任务50次,主线程的任务是执行5次,子线程的任务是执行10次。线程间通信技术主要用到 wait() 方法和 notify() 方法。wait() 方法会导致当前线程等待,并释放所持有的锁,notify() 方法表示唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。下面来一步步完成这道线程间通信问题。
首先不考虑主线程和子线程之间的通信,先把各个线程所要执行的任务写好:
1public class TraditionalThreadCommunication { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 //开启一个子线程 5 new Thread(new Runnable() { 6 7 @Override 8 public void run() { 9 for(int i = 1; i <= 50; i ++) { 10 11 synchronized (TraditionalThreadCommunication.class) { 12 //子线程任务:执行10次 13 for(int j = 1;j <= 10; j ++) { 14 System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i); 15 } 16 } 17 } 18 19 } 20 }).start(); 21 22 //main方法即主线程 23 for(int i = 1; i <= 50; i ++) { 24 25 synchronized (TraditionalThreadCommunication.class) { 26 //主线程任务:执行5次 27 for(int j = 1;j <= 5; j ++) { 28 System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i); 29 } 30 } 31 } 32 } 33}
如上,两个线程各有50次大循环,执行50次任务,子线程的任务是执行10次,主线程的任务是执行5次。为了保证两个线程间的同步问题,所以用了 synchronized 同步代码块,并使用了相同的锁:类的字节码对象。这样可以保证线程安全。但是这种设计不太好,就像我在上一节的死锁中写的一样,我们可以把线程任务放到一个类中,这种设计的模式更加结构化,而且把不同的线程任务放到同一个类中会很容易解决同步问题,因为在一个类中很容易使用同一把锁。所以把上面的程序修改一下:
1public class TraditionalThreadCommunication { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 Business bussiness = new Business(); //new一个线程任务处理类 5 //开启一个子线程 6 new Thread(new Runnable() { 7 8 @Override 9 public void run() { 10 for(int i = 1; i <= 50; i ++) { 11 bussiness.sub(i); 12 } 13 14 } 15 }).start(); 16 17 //main方法即主线程 18 for(int i = 1; i <= 50; i ++) { 19 bussiness.main(i); 20 } 21 } 22 23} 24//要用到的共同数据(包括同步锁)或共同的若干个方法应该归在同一个类身上,这种设计正好体现了高类聚和程序的健壮性。 25class Business { 26 27 public synchronized void sub(int i) { 28 29 for(int j = 1;j <= 10; j ++) { 30 System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i); 31 } 32 } 33 34 public synchronized void main(int i) { 35 36 for(int j = 1;j <= 5; j ++) { 37 System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i); 38 } 39}
经过这样修改后,程序结构更加清晰了,也更加健壮了,只要在两个线程任务方法上加上 synchronized 关键字即可,用的都是 this 这把锁。但是现在两个线程之间还没有通信,执行的结果是主线程循环执行任务50次,然后子线程再循环执行任务50次,原因很简单,因为有 synchronized 同步。
下面继续完善程序,让两个线程之间完成题目中所描述的那样通信:
1public class TraditionalThreadCommunication { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 Business bussiness = new Business(); //new一个线程任务处理类 5 //开启一个子线程 6 new Thread(new Runnable() { 7 8 @Override 9 public void run() { 10 for(int i = 1; i <= 50; i ++) { 11 bussiness.sub(i); 12 } 13 14 } 15 }).start(); 16 17 //main方法即主线程 18 for(int i = 1; i <= 50; i ++) { 19 bussiness.main(i); 20 } 21 } 22 23} 24//要用到共同数据(包括同步锁)或共同的若干个方法应该归在同一个类身上,这种设计正好体现了高雷剧和程序的健壮性。 25class Business { 26 private boolean bShouldSub = true; 27 28 public synchronized void sub(int i) { 29 while(!bShouldSub) { //如果不轮到自己执行,就睡 30 try { 31 this.wait(); //调用wait()方法的对象必须和synchronized锁对象一致,这里synchronized在方法上,所以用this 32 } catch (InterruptedException e) { 33 // TODO Auto-generated catch block 34 e.printStackTrace(); 35 } 36 } 37 for(int j = 1;j <= 10; j ++) { 38 System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i); 39 } 40 bShouldSub = false; //改变标记 41 this.notify(); //唤醒正在等待的主线程 42 } 43 44 public synchronized void main(int i) { 45 while(bShouldSub) { //如果不轮到自己执行,就睡 46 try { 47 this.wait(); 48 } catch (InterruptedException e) { 49 // TODO Auto-generated catch block 50 e.printStackTrace(); 51 } 52 } 53 for(int j = 1;j <= 5; j ++) { 54 System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i); 55 } 56 bShouldSub = true; //改变标记 57 this.notify(); //唤醒正在等待的子线程 58 } 59}
首先,先不说具体的程序实现,就从结构上来看,已经体会到了这种设计的好处了:主函数里不用修改任何东西,关于线程间同步和线程间通信的逻辑全都在 Business 类中,主函数中的不同线程只需要调用放在该类中对应的任务即可。体现了高类聚的好处。 再看一下具体的代码,首先定义一个 boolean 型变量来标识哪个线程该执行,当不是子线程执行的时候,它就睡,那么很自然主线程就执行了,执行完了,修改了 bShouldSub 并唤醒了子线程,子线程这时候再判断一下 while 不满足了,就不睡了,就执行子线程任务,同样地,刚刚主线程修改了 bShouldSub 后,第二次循环来执行主线程任务的时候,判断 while 满足就睡了,等待子线程来唤醒。这样逻辑就很清楚了,主线程和子线程你一下我一下轮流执行各自的任务,这种节奏共循环50次。 另外有个小小的说明:这里其实用 if 来判断也是可以的,但是为什么要用 while 呢?因为有时候线程会假醒(就好像人的梦游,明明正在睡,结果站起来了),如果用的是if的话,那么它假醒了后,就不会再返回去判断if了,那它就很自然的往下执行任务,好了,另一个线程正在执行呢,啪叽一下就与另一个线程之间相互影响了。但是如果是while的话就不一样了,就算线程假醒了,它还会判断一下 while 的,但是此时另一个线程在执行啊,bShouldSub 并没有被修改,所以还是进到 while 里了,又被睡了~所以很安全,不会影响另一个线程!官方 JDK 文档中也是这么干的。
线程间通信就总结到这吧~若有错误,欢迎指正,我们一起进步。