Java多线程 - 线程通信

作者: 右耳菌 | 来源:发表于2022-06-06 10:22 被阅读0次

    1. 通信方式

    要想实现多个线程之间的协同,如:线程执行先后顺序、获取某个线程执行的结果等等。涉及到线程之间相互通信,分为下面四类:

    • 文件共享
    • 网络共享
    • 共享变量
    • jdk提供的线程协调API
      细分为: suspend/resume、wait/notify、park/unpark
    (1) 文件共享
    文件共享
    (2) 网络共享

    网络资源的共享,此处略

    (3) 变量共享
    变量共享

    2. 线程协作 - JDK API

    JDK中对于需要多线程协作完成某一任务的场景,提供了对应API支持。多线程协作的典型场景就是:生产者-消费者模型。(线程阻塞、线程唤醒)

    例子:线程1 去买包子,没有包子,则不再执行。线程2 生产出包子,通知线程1 继续执行。

    生产消费模型-买包子
    (1) 被弃用的 suspendresume

    作用:调用suspend挂起目标线程,通过resume可以恢复线程执行。 被弃用的原因是过于容易引起死锁。

        /** 包子店 */
        public static Object baozidian = null;
    
        /** 正常的suspend/resume */
        public void suspendResumeTest() throws Exception {
            // 启动线程
            Thread consumerThread = new Thread(() -> {
                if (baozidian == null) { // 如果没包子,则进入等待
                    System.out.println("1、进入等待");
                    Thread.currentThread().suspend();
                }
                System.out.println("2、买到包子,回家");
            });
            consumerThread.start();
            // 3秒之后,生产一个包子
            Thread.sleep(3000L);
            baozidian = new Object();
            consumerThread.resume();
            System.out.println("3、通知消费者");
        }
    
    • suspend 和 resume 死锁示例1 - 同步代码中使用
        /** 死锁的suspend/resume。 suspend并不会像wait一样释放锁,故此容易写出死锁代码 */
        public void suspendResumeDeadLockTest() throws Exception {
            // 启动线程
            Thread consumerThread = new Thread(() -> {
                if (baozidian == null) { // 如果没包子,则进入等待
                    System.out.println("1、进入等待");
                    // 当前线程拿到锁,然后挂起
                    synchronized (this) {
                        Thread.currentThread().suspend();
                    }
                }
                System.out.println("2、买到包子,回家");
            });
            consumerThread.start();
            // 3秒之后,生产一个包子
            Thread.sleep(3000L);
            baozidian = new Object();
            // 争取到锁以后,再恢复consumerThread
            synchronized (this) {
                consumerThread.resume();
            }
            System.out.println("3、通知消费者");
        }
    
    • suspend 和 resume 死锁示例2 - suspend在resume后边执行
        /** 导致程序永久挂起的suspend/resume */
        public void suspendResumeDeadLockTest2() throws Exception {
            // 启动线程
            Thread consumerThread = new Thread(() -> {
                if (baozidian == null) {
                    System.out.println("1、没包子,进入等待");
                    try { // 为这个线程加上一点延时
                        Thread.sleep(5000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 这里的挂起执行在resume后面
                    Thread.currentThread().suspend();
                }
                System.out.println("2、买到包子,回家");
            });
            consumerThread.start();
            // 3秒之后,生产一个包子
            Thread.sleep(3000L);
            baozidian = new Object();
            consumerThread.resume();
            System.out.println("3、通知消费者");
            consumerThread.join();
        }
    
    (2) wait/notify机制

    这些方法只能由同一对象锁的持有者线程调用,也就是写在同步块里面,否则会抛出illegalMonitorStateException异常。

    wait方法导致当前线程等待,加入该对象的等待集合中,并且放弃当前持有的对象锁。notify/notifyAll方法唤醒一个或所有正在等待这个对象锁的线程。

    注意∶虽然会wait自动解锁,但是对顺序有要求,如果在notify被调用之后,才开始wait方法的调用,线程会永远处于WAITING状态。要避免死锁,那么顺序很重要

    • 正常的wait/notify
        /** 正常的wait/notify */
        public void waitNotifyTest() throws Exception {
            // 启动线程
            new Thread(() -> {
                if (baozidian == null) { // 如果没包子,则进入等待
                    synchronized (this) {
                        try {
                            System.out.println("1、进入等待");
                            this.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
                System.out.println("2、买到包子,回家");
            }).start();
            // 3秒之后,生产一个包子
            Thread.sleep(3000L);
            baozidian = new Object();
            synchronized (this) {
                this.notifyAll();
                System.out.println("3、通知消费者");
            }
        }
    
    • 会导致程序永久等待的wait/notify
    public void waitNotifyDeadLockTest() throws Exception {
            // 启动线程
            new Thread(() -> {
                if (baozidian == null) { // 如果没包子,则进入等待
                    try {
                        Thread.sleep(5000L);
                    } catch (InterruptedException e1) {
                        e1.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (this) {
                        try {
                            System.out.println("1、进入等待");
                            this.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
                System.out.println("2、买到包子,回家");
            }).start();
            // 3秒之后,生产一个包子
            Thread.sleep(3000L);
            baozidian = new Object();
            synchronized (this) {
                this.notifyAll();
                System.out.println("3、通知消费者");
            }
        }
    
    (3) park/unpark机制

    线程调用park则等待“许可”,unpark方法为指定线程提供“许可(permit)”。

    不要求park和unpark方法的调用顺序。

    多次调用unpark之后,再调用park,线程会直接运行。但不会叠加,也就是说,连续多次调用park方法,第一次会拿到“许可”直接运行,后续调用会进入等待。park 只是一个标志位,不是一个累计数值。

    park 没有顺序的要求,但是不会释放锁,所以在同步代码中会有死锁产生的风险

    需要引入 java.util.concurrent.locks.LockSupport 包的支持

    • 正常的park/unpark
        /** 正常的park/unpark */
        public void parkUnparkTest() throws Exception {
            // 启动线程
            Thread consumerThread = new Thread(() -> {
                if (baozidian == null) { // 如果没包子,则进入等待
                    System.out.println("1、进入等待");
                    LockSupport.park();
                }
                System.out.println("2、买到包子,回家");
            });
            consumerThread.start();
            // 3秒之后,生产一个包子
            Thread.sleep(3000L);
            baozidian = new Object();
            LockSupport.unpark(consumerThread);
            System.out.println("3、通知消费者");
        }
    
    • 死锁的park/unpark
        /** 死锁的park/unpark */
        public void parkUnparkDeadLockTest() throws Exception {
            // 启动线程
            Thread consumerThread = new Thread(() -> {
                if (baozidian == null) { // 如果没包子,则进入等待
                    System.out.println("1、进入等待");
                    // 当前线程拿到锁,然后挂起
                    synchronized (this) {
                        LockSupport.park();
                    }
                }
                System.out.println("2、买到包子,回家");
            });
            consumerThread.start();
            // 3秒之后,生产一个包子
            Thread.sleep(3000L);
            baozidian = new Object();
            // 争取到锁以后,再恢复consumerThread
            synchronized (this) {
                LockSupport.unpark(consumerThread);
            }
            System.out.println("3、通知消费者");
        }
    

    伪唤醒

    警告!之前代码中用if语句来判断,是否进入等待状态,是错误的!
    官方建议应该在循环中检查等待条件,原因是处于等待状态的线程可能会收到错误警报和伪唤醒,如果不在循环中检查等待条件,程序就会在没有满足结束条件的情况下退出。

    伪唤醒是指线程并非因为notify、notifyall、unpark等api调用而唤醒,是更底层原因导致的。

    避免的方式,建议使用 while 替换 if

    伪唤醒

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