java干货 线程间通信

一、线程间通信

1.1 为什么要处理线程间通信？

• 在默认情况下，cpu是默认切换线程来执行的，当我们需要多个线程共同来完成一个任务，希望他们按照一定的规律执行，那么就需要他们进行通信协调，以达到我们的目的
• 其次，对于共享变量的访问，我们通常加上synchronized,存在锁的竞争，我们也可以使用等待唤醒机制，协调线程对变量的访问，保证数据的一致性

1.2 什么是等待唤醒机制？

说到线程，我们常提到线程之间的竞争，如多线程下锁的竞争。好比在公司里你和同事在晋升时的竞争，但是多数情况下，还是你们合作共同完成一些任务。也就是一个线程进行了一定操作后，进入等待状态（waiting），等待其他线程完成任务后将他唤醒(notify)。还有就是当需要等待多个线程时，可以使用notifyAll()，将等待中的线程全部唤醒

二、等待唤醒机制使用

2.1 等待唤醒机制用到的方法

2.1.1 wait

• wait() 使当前线程进入等待状态，直到被其他线程使用 notify() 或 notifyAll() 唤醒，无限期等待，直到被唤醒。使用场景: 当线程需要等待某个条件变化时使用，无需考虑超时。

public final void wait() throws InterruptedException {wait(0L);}

• wait(long timeoutMillis)，本质上调用的还是这个native 方法

 public final native void wait(long timeoutMillis);

• wait(long timeoutMillis, int nanos) 可以被其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 来唤醒，也可以在超时后自动唤醒。

public final void wait(long timeoutMillis, int nanos) throws InterruptedException {if (timeoutMillis < 0) {throw new IllegalArgumentException("timeoutMillis value is negative");}if (nanos < 0 || nanos > 999999) {throw new IllegalArgumentException("nanosecond timeout value out of range");}if (nanos > 0 && timeoutMillis < Long.MAX_VALUE) {timeoutMillis++;}wait(timeoutMillis);}

2.1.2 notify

• notify 是 Object 类的方法，任何对象都可以调用它。notify 方法用于唤醒一个在该对象的监视器上等待的线程。
• notify() 适用于只需要唤醒一个等待线程的情况,如果有多个线程等待，随机唤醒一个

public final native void notify();

• notifyAll() 唤醒对象监视器上所有等待的线程

public final native void notifyAll();

2.2 线程通信代码实践

2.2.1 重要说明

• 等待和通知唤醒必须放在同步代码块
  是为了确保线程在进入等待状态和被唤醒时，对共享资源的访问是受控和一致的。这种机制保证了线程间的协调和通信是安全的，避免了竞争条件和数据不一致的问题。同步块保证了在任意时刻只有一个线程可以执行同步代码块中的代码，从而确保了线程间通信的正确性和一致性。
  举个例子，张三、李四、王五共同完成一个任务，要求张三先做，再到李四、最后王五，那么三个人就是三个线程，一个人在做任务的时候，其他人是不能动的。张三做完了，把执行权交给李四，并通知李四，李四执行完了，通知王五。
• 调用wait，那么当前线程也就释放了锁，即交出执行权，线程进入WAITING 状态
• wait 和 notify 必须由同一个锁对象调用。一个锁对象可以唤醒 由同一个锁对象调用wait 后的线程
• wait 和 notify 是属于 Object 类的，锁对象可以是任意对象，其他类默认都是继承了Object类的

2.2.2 代码

• 客人来了，张三洗菜、李四切菜、王五炒菜

public class Demo10 {private static final Object lock = new Object(); // 锁对象private static boolean vegetablesWashed = false; // 是否已经洗菜完成private static boolean vegetablesCut = false; // 是否已经切菜完成public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (lock){while (!vegetablesCut){try {System.out.println("王五等待李四切菜...");lock.wait(); // 李四没有切完菜，继续等} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("》》》》王五开始炒菜《《《《");try {Thread.sleep(1200);  // 模拟炒菜过程System.out.println("》》》王五炒菜完成《《《");lock.notifyAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}},"王五线程").start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (lock){while (!vegetablesWashed){try {System.out.println("李四等待张三洗菜...");lock.wait(); // 张三没有切完菜，继续等} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}System.out.println("======李四开始切菜======");try {Thread.sleep(1600);  // 模拟切菜过程vegetablesCut = true;System.out.println("===李四切完菜了===");lock.notifyAll(); // 通知王五炒菜} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}}},"李四线程").start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (lock){System.out.println("----张三开始洗菜----");try {Thread.sleep(1500);  // 模拟洗菜过程vegetablesWashed = true;System.out.println("---张三洗完菜了---");lock.notifyAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}},"张三线程").start();}
}

王五等待李四切菜...
李四等待张三洗菜...
----张三开始洗菜----
---张三洗完菜了---
王五等待李四切菜...
======李四开始切菜======
===李四切完菜了===
》》》》王五开始炒菜《《《《
》》》王五炒菜完成《《《

分析：上一个人未完成，那么下一个人就继续等待。一个人完成了，要通知所有人，每个人根据自己的顺序，接到通知后，看是否要做，不做任务就继续等待。保证了张三先洗完菜，李四再开始切菜，李四切完菜，王五再炒菜的顺序