• 线程之间的通信(thread signal)


    线程通信的目的是为了能够让线程之间相互发送信号。另外,线程通信还能够使得线程等待其它线程的信号,比如,线程B可以等待线程A的信号,这个信号可以是线程A已经处理完成的信号。

    通过共享对象通信
    有一个简单的实现线程之间通信的方式,就是在共享对象的变量中设置信号值。比如线程A在一个同步块中设置一个成员变量hasDataToProcess值为true,而线程B同样在一个同步块中读取这个成员变量。下面例子演示了一个持有信号值的对象,并提供了设置信号值和获取信号值的同步方法:

    public class MySignal {
    private boolean hasDataToProcess;

    public synchronized void setHasDataToProcess(boolean hasData){
    this.hasDataToProcess=hasData;
    }
    public synchronized boolean hasDataToProcess(){
    return this.hasDataToProcess;
    }

    }

    ThreadB计算完成会在共享对象中设置信号值:

    public class ThreadB extends Thread{
    int count;
    MySignal mySignal;
    public ThreadB(MySignal mySignal){
    this.mySignal=mySignal;
    }
    @Override
    public void run(){
    for(int i=0;i<100;i++){
    count=count+1;
    }
    try {
    Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
    }
    mySignal.setHasDataToProcess(true);
    }
    }


    ThreadA在循环中一直检测共享对象的信号值,等待ThreadB计算完成的信号:

    public class ThreadA extends Thread{
    MySignal mySignal;
    ThreadB threadB;
    public ThreadA(MySignal mySignal, ThreadB threadB){
    this.mySignal=mySignal;
    this.threadB=threadB;
    }
    @Override
    public void run(){
    while (true){
    if(mySignal.hasDataToProcess()){
    System.out.println("线程B计算结果为:"+threadB.count);
    break;
    }
    }
    }
    public static void main(String[] args) {
    MySignal mySignal=new MySignal();
    ThreadB threadB=new ThreadB(mySignal);
    ThreadA threadA=new ThreadA(mySignal,threadB);
    threadB.start();
    threadA.start();
    }
    }

    很明显,采用共享对象方式通信的线程A和线程B必须持有同一个MySignal对象的引用,这样它们才能彼此检测到对方设置的信号。当然,信号也可存储在共享内存buffer中,它和实例是分开的。

    线程的忙等
    从上面例子中可以看出,线程A一直在等待数据就绪,或者说线程A一直在等待线程B设置hasDataToProcess的信号值为true:

    public void run(){
    while(true){
    if(mySignal.hasDataToProcess()){
    System.out.println("线程B计算结果为:"+threadB.count);
    break;
    }
    }
    }


    为什么说是忙等呢?因为上面代码一直在执行循环,直到hasDataToProcess被设置为true。

    忙等意味着线程还处于运行状态,一直在消耗CPU资源,所以,忙等不是一种很好的现象。那么能不能让线程在等待信号时释放CPU资源进入阻塞状态呢?其实java.lang.Object提供的wait()、notify()、notifyAll()方法就可以解决忙等问题。

    wait()、notify()、notifyAll()
    Java提供了一种内联机制可以让线程在等待信号时进入非运行状态。当一个线程调用任何对象上的wait()方法时便会进入非运行状态,直到另一个线程调用同一个对象上的notify()或notifyAll()方法。

    为了能够调用一个对象的wait()、notify()方法,调用线程必须先获得这个对象的锁。因为线程只有在同步块中才会占用对象的锁,所以线程必须在同步块中调用wait()、notify()方法。

    我们把上面通过共享对象通信的例子改成调用对象wait()、notify()方法来实现:

    首先我们先构造一个任意对象,我们又把它称作监控对象:

    public class MonitorObject {

    }
    ThreadD负责计算,在计算完成时唤醒被阻塞的ThreadC:

    public class ThreadD extends Thread {
    int count;
    MonitorObject mySignal;

    public ThreadD(MonitorObject mySignal) {
    this.mySignal = mySignal;
    }

    @Override
    public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
    count = count + 1;
    }
    try {
    Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
    }
    synchronized (mySignal) {
    mySignal.notify();//计算完成调用对象的notify()方法,唤醒因调用这个对象wait()方法而挂起的线程
    }
    }
    }
    ThreadC等待ThreadD的唤醒:

    public class ThreadC extends Thread {
    MonitorObject mySignal;
    ThreadD threadD;

    public ThreadC(MonitorObject mySignal, ThreadD threadD) {
    this.mySignal = mySignal;
    this.threadD = threadD;
    }

    @Override
    public void run() {
    synchronized (mySignal) {
    try {
    mySignal.wait();
    } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("线程B计算结果为:" + threadD.count);
    }
    }

    public static void main(String[] args) {
    MonitorObject mySignal = new MonitorObject();
    ThreadD threadD = new ThreadD(mySignal);
    ThreadC threadC = new ThreadC(mySignal, threadD);
    threadC.start();
    threadD.start();
    }

    }

    在这个例子中,线程C因调用了监控对象的wait()方法而挂起,线程D通过调用监控对象的notify()方法唤醒挂起的线程C。我们还可以看到,两个线程都是在同步块中调用的wait()和notify()方法。如果一个线程在没有获得对象锁的前提下调用了这个对象的wait()或notify()方法,方法调用时将会抛出 IllegalMonitorStateException异常。

    注意,当一个线程调用一个对象的notify()方法,则会唤醒正在等待这个对象所有线程中的一个线程(唤醒的线程是随机的),当线程调用的是对象的notifyAll()方法,则会唤醒所有等待这个对象的线程(唤醒的所有线程中哪一个会执行也是不确定的)。

    这里还有一个问题,既然调用对象wait()方法的线程需要获得这个对象的锁,那么这会不会阻塞其它线程调用这个对象的notify()方法呢?答案是不会阻塞,当一个线程调用监控对象的wait()方法时,它便会释放掉这个监控对象锁,以便让其它线程能够调用这个对象的notify()方法或者wait()方法。

    另外,当一个线程被唤醒时不会立刻退出wait()方法,只有当调用notify()的线程退出它的同步块为止。也就是说,被唤醒的线程只有重新获得监控对象锁时才会退出wait()方法,因为wait()方法在同步块中,它的执行需要再次获得对象锁。所以,当通过notifyAll()方法唤醒被阻塞的线程时,一次只能有一个线程会退出wait()方法,同样是因为每个线程都需要先获得监控对象锁才能执行同步块中的wait()方法退出。

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