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一、概念簡介
1、執行緒通訊
在作業系統中，執行緒是個獨立的個體，但是線上程執行過程中，如果處理同一個業務邏輯，可能會產生資源爭搶，導致併發問題，通常使用互斥鎖來控制該邏輯。但是在還有這樣一類場景，任務執行是有順序控制的，例如常見的報表資料生成：
- 啟動資料分析任務，生成報表資料；
- 報表資料存入指定位置資料容器；
- 通知資料搬運任務，把資料寫入報表庫；
該場景在相對複雜的系統中非常常見，如果基於多執行緒來描述該過程，則需要執行緒之間通訊協作，才能有條不紊的處理該場景業務。
2、等待通知機制
如上的業務場景，如果執行緒A生成資料過程中，執行緒B一直在訪問資料容器，判斷該過程的資料是否已經生成，則會造成資源浪費。正常的流程應該如圖，執行緒A和執行緒B同時啟動，執行緒A開始處理資料生成任務，執行緒B嘗試獲取容器資料，資料還沒過來，執行緒B則進入等待狀態，當執行緒A的任務處理完成，則通知執行緒B去容器中獲取資料，這樣基於執行緒等待和通知的機制來協作完成任務。
3、基礎方法
等待/通知機制的相關方法是Java中Object層級的基礎方法，任何物件都有該方法：
- notify：隨機通知一個在該物件上等待的執行緒，使其結束wait狀態返回；
- notifyAll：喚醒在該物件上所有等待的執行緒，進入物件鎖爭搶佇列中；
- wait：執行緒進入waiting等待狀態，不會爭搶鎖物件，也可以設定等待時間；
執行緒的等待通知機制，就是基於這幾個基礎方法。
二、等待通知原理
1、基本原理
等待/通知機制，該模式下指執行緒A在不滿足任務執行的情況下呼叫物件wait()方法進入等待狀態，執行緒B修改了執行緒A的執行條件，並呼叫物件notify()或者notifyAll()方法，執行緒A收到通知後從wait狀態返回，進而執行後續操作。兩個執行緒通過基於物件提供的wait()/notify()/notifyAll()等方法完成等待和通知間互動，提高程式的可伸縮性。
2、實現案例
通過執行緒通訊解決上述資料生成和儲存任務的解耦流程。
public class NotifyThread01 {
static Object lock = new Object() ;
static volatile List<String> dataList = new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread saveThread = new Thread(new SaveData(),"SaveData");
saveThread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
Thread dataThread = new Thread(new AnalyData(),"AnalyData");
dataThread.start();
}
// 等待資料生成，儲存
static class SaveData implements Runnable {
@Override
public void run() {
synchronized (lock){
while (dataList.size()==0){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"等待...");
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("SaveData .."+ dataList.get(0)+dataList.get(1));
}
}
}
// 生成資料，通知儲存
static class AnalyData implements Runnable {
@Override
public void run() {
synchronized (lock){
dataList.add("hello,");
dataList.add("java");
lock.notify();
System.out.println("AnalyData End...");
}
}
}
}
注意：除了dataList滿足寫條件，還要在AnalyData執行緒執行通知操作。
三、管道流通訊
1、管道流簡介
基本概念
管道流主要用於在不同執行緒間直接傳送資料，一個執行緒傳送資料到輸出管道，另一個執行緒從輸入管道中讀取資料，進而實現不同執行緒間的通訊。
實現分類
管道位元組流：PipedInputStream和PipedOutputStream；
管道字元流：PipedWriter和PipedReader；
新IO管道流：Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel；
2、使用案例
public class NotifyThread02 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
PipedInputStream pis = new PipedInputStream();
PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
// 連結輸入流和輸出流
pos.connect(pis);
// 寫資料執行緒
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
// 將從鍵盤讀取的資料寫入管道流
PrintStream ps = new PrintStream(pos);
while (true) {
try {
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
ps.println(br.readLine());
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "輸入資料執行緒：").start();
// 讀資料執行緒
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(pis));
while (true) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + br.readLine());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "輸出資料執行緒：").start();
}
}
寫執行緒向管道流寫入資料，讀執行緒讀取資料，完成基本通訊流程。
四、生產消費模式
1、業務場景
基於執行緒等待通知機制：實現工廠生產一件商品，通知商店賣出一件商品的業務流程。
2、程式碼實現
public class NotifyThread03 {
public static void main(String[] args) {
Product product = new Product();
ProductFactory productFactory = new ProductFactory(product);
ProductShop productShop = new ProductShop(product);
productFactory.start();
productShop.start();
}
}
// 產品
class Product {
public String name ;
public double price ;
// 產品是否生產完畢,預設沒有
boolean flag ;
}
// 產品工廠：生產
class ProductFactory extends Thread {
Product product ;
public ProductFactory (Product product){
this.product = product;
}
@Override
public void run() {
int i = 0 ;
while (i < 20) {
synchronized (product) {
if (!product.flag){
if (i%2 == 0){
product.name = "滑鼠";
product.price = 79.99;
} else {
product.name = "鍵盤";
product.price = 89.99;
}
System.out.println("產品："+product.name+"【價格："+product.price+"】出廠...");
product.flag = true ;
i++;
// 通知消費者
product.notifyAll();
} else {
try {
// 進入等待狀態
product.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
// 產品商店：銷售
class ProductShop extends Thread {
Product product ;
public ProductShop (Product product){
this.product = product ;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (product) {
if (product.flag == true ){
System.out.println("產品:"+product.name+"【價格"+(product.price*2)+"】賣出...");
product.flag = false ;
product.notifyAll(); //喚醒生產者
} else {
try {
product.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
流程描述：ProductFactory生成一件商品，通知商店售賣，通過flag標識判斷控制是否進入等待狀態，商店賣出商品後，再次通知工廠生產商品。
五、原始碼地址
GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent
| 序號 | 文章標題 |
|---|---|
| 01 | Java併發：執行緒的建立方式，狀態週期管理 |
| 02 | Java併發：執行緒核心機制，基礎概念擴充套件 |
| 03 | Java併發：多執行緒併發訪問，同步控制 |