Java併發技術05:傳統執行緒同步通訊技術

公眾號_程式設計師私房菜發表於2019-01-17

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先看一個問題:

有兩個執行緒,子執行緒先執行10次,然後主執行緒執行5次,然後再切換到子執行緒執行10,再主執行緒執行5次……如此往返執行50次。

看完這個問題,很明顯要用到執行緒間的通訊了, 先分析一下思路:首先肯定要有兩個執行緒,然後每個執行緒中肯定有個50次的迴圈,因為每個執行緒都要往返執行任務50次,主執行緒的任務是執行5次,子執行緒的任務是執行10次。執行緒間通訊技術主要用到 wait() 方法和 notify() 方法。wait() 方法會導致當前執行緒等待,並釋放所持有的鎖,notify() 方法表示喚醒在此物件監視器上等待的單個執行緒。下面來一步步完成這道執行緒間通訊問題。

首先不考慮主執行緒和子執行緒之間的通訊,先把各個執行緒所要執行的任務寫好:

public class TraditionalThreadCommunication {

	public static void main(String[] args) {
		//開啟一個子執行緒
		new Thread(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
					
					synchronized (TraditionalThreadCommunication.class) {
						//子執行緒任務:執行10次				
						for(int j = 1;j <= 10; j ++) {
							System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
						}	
					}
				}
				
			}
		}).start();
		
		//main方法即主執行緒
		for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
			
			synchronized (TraditionalThreadCommunication.class) {
				//主執行緒任務:執行5次
				for(int j = 1;j <= 5; j ++) {
					System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
				}	
			}		
		}
	}
}
複製程式碼

如上,兩個執行緒各有50次大迴圈,執行50次任務,子執行緒的任務是執行10次,主執行緒的任務是執行5次。為了保證兩個執行緒間的同步問題,所以用了 synchronized 同步程式碼塊,並使用了相同的鎖:類的位元組碼物件。這樣可以保證執行緒安全。但是這種設計不太好,就像我在上一節的死鎖中寫的一樣,我們可以把執行緒任務放到一個類中,這種設計的模式更加結構化,而且把不同的執行緒任務放到同一個類中會很容易解決同步問題,因為在一個類中很容易使用同一把鎖。所以把上面的程式修改一下:

public class TraditionalThreadCommunication {

	public static void main(String[] args) {
		Business bussiness = new Business(); //new一個執行緒任務處理類
		//開啟一個子執行緒
		new Thread(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
					bussiness.sub(i);
				}
				
			}
		}).start();
		
		//main方法即主執行緒
		for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
			bussiness.main(i);
		}
	}

}
//要用到的共同資料(包括同步鎖)或共同的若干個方法應該歸在同一個類身上,這種設計正好體現了高類聚和程式的健壯性。
class Business {

	public synchronized void sub(int i) {

		for(int j = 1;j <= 10; j ++) {
			System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
		}	
	}
	
	public synchronized void main(int i) {

		for(int j = 1;j <= 5; j ++) {
			System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
		}
}
複製程式碼

經過這樣修改後,程式結構更加清晰了,也更加健壯了,只要在兩個執行緒任務方法上加上 synchronized 關鍵字即可,用的都是 this 這把鎖。但是現在兩個執行緒之間還沒有通訊,執行的結果是主執行緒迴圈執行任務50次,然後子執行緒再迴圈執行任務50次,原因很簡單,因為有 synchronized 同步。

下面繼續完善程式,讓兩個執行緒之間完成題目中所描述的那樣通訊:

public class TraditionalThreadCommunication {

	public static void main(String[] args) {
		Business bussiness = new Business(); //new一個執行緒任務處理類
		//開啟一個子執行緒
		new Thread(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
					bussiness.sub(i);
				}
				
			}
		}).start();
		
		//main方法即主執行緒
		for(int i = 1; i <= 50; i ++) {
			bussiness.main(i);
		}
	}

}
//要用到共同資料(包括同步鎖)或共同的若干個方法應該歸在同一個類身上,這種設計正好體現了高雷劇和程式的健壯性。
class Business {
	private boolean bShouldSub = true;
	
	public synchronized void sub(int i) {
		while(!bShouldSub) { //如果不輪到自己執行,就睡
			try {
				this.wait(); //呼叫wait()方法的物件必須和synchronized鎖物件一致,這裡synchronized在方法上,所以用this
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
		for(int j = 1;j <= 10; j ++) {
			System.out.println("sub thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
		}	
		bShouldSub = false; //改變標記
		this.notify(); //喚醒正在等待的主執行緒
	}
	
	public synchronized void main(int i) {
		while(bShouldSub) { //如果不輪到自己執行,就睡
			try {
				this.wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
		for(int j = 1;j <= 5; j ++) {
			System.out.println("main thread sequence of " + j + ", loop of " + i);
		}
		bShouldSub = true; //改變標記
		this.notify(); //喚醒正在等待的子執行緒
	}
}
複製程式碼

首先,先不說具體的程式實現,就從結構上來看,已經體會到了這種設計的好處了:主函式裡不用修改任何東西,關於執行緒間同步和執行緒間通訊的邏輯全都在 Business 類中,主函式中的不同執行緒只需要呼叫放在該類中對應的任務即可。體現了高類聚的好處。

再看一下具體的程式碼,首先定義一個 boolean 型變數來標識哪個執行緒該執行,當不是子執行緒執行的時候,它就睡,那麼很自然主執行緒就執行了,執行完了,修改了 bShouldSub 並喚醒了子執行緒,子執行緒這時候再判斷一下 while 不滿足了,就不睡了,就執行子執行緒任務,同樣地,剛剛主執行緒修改了 bShouldSub 後,第二次迴圈來執行主執行緒任務的時候,判斷 while 滿足就睡了,等待子執行緒來喚醒。這樣邏輯就很清楚了,主執行緒和子執行緒你一下我一下輪流執行各自的任務,這種節奏共迴圈50次。

另外有個小小的說明:這裡其實用 if 來判斷也是可以的,但是為什麼要用 while 呢?因為有時候執行緒會假醒(就好像人的夢遊,明明正在睡,結果站起來了),如果用的是if的話,那麼它假醒了後,就不會再返回去判斷if了,那它就很自然的往下執行任務,好了,另一個執行緒正在執行呢,啪嘰一下就與另一個執行緒之間相互影響了。但是如果是while的話就不一樣了,就算執行緒假醒了,它還會判斷一下 while 的,但是此時另一個執行緒在執行啊,bShouldSub 並沒有被修改,所以還是進到 while 裡了,又被睡了~所以很安全,不會影響另一個執行緒!官方 JDK 文件中也是這麼幹的。

執行緒間通訊就總結到這吧~若有錯誤,歡迎指正,我們一起進步。

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