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java面试-Java并发编程(六)——线程间的通信

發布時間：2025/3/15 java 19 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 java面试-Java并发编程(六)——线程间的通信小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

多條線程之間有時需要數據交互，下面介紹五種線程間數據交互的方式，他們的使用場景各有不同。

1. volatile、synchronized關鍵字

PS：關于volatile的詳細介紹請移步至：Java并發編程的藝術(三)——volatile

1.1 如何實現通信？

這兩種方式都采用了同步機制實現多條線程間的數據通信。與其說是“通信”，倒不如說是“共享變量”來的恰當。當一個共享變量被volatile修飾或被同步塊包裹后，他們的讀寫操作都會直接操作共享內存，從而各個線程都能看到共享變量最新的值，也就是實現了內存的可見性。

1.2 特點

這種方式本質上是“共享數據”，而非“傳遞數據”；只是從結果來看，數據好像是從寫線程傳遞到了讀線程；
這種通信方式無法指定特定的接收線程。當數據被修改后究竟哪條線程最先訪問到，這由操作系統隨機決定。
總的來說，這種方式并不是真正意義上的“通信”，而是“共享”。

1.3 使用場景

這種方式能“傳遞”變量。當需要傳遞一些公用的變量時就可以使用這種方式。如：傳遞boolean flag，用于表示狀態、傳遞一個存儲所有任務的隊列等。

1.4 例子

用這種方式實現線程的開關控制。

// 用于控制線程當前的執行狀態 private volatile boolean running = false;// 開啟一條線程 Thread thread = new Thread(new Runnable(){void run(){// 開關while(!running){Thread.sleep(1000);}// 執行線程任務doSometing();} }).start();// 開始執行 public void start(){running = true; }

2. 等待/通知機制

2.1 如何實現？

等待/通知機制的實現由Java完成，我們只需調用Object類的幾個方法即可。

wait()：將當前線程的狀態改為“等待態”，加入等待隊列，釋放鎖；直到當前線程發生中斷或調用了notify方法，這條線程才會被從等待隊列轉移到同步隊列，此時可以開始競爭鎖。
wait(long)：和wait()功能一樣，只不過多了個超時動作。一旦超時，就會繼續執行wait之后的代碼，它不會拋超時異常！
notify()：將等待隊列中的一條線程轉移到同步隊列中去。
notifyAll()：將等待隊列中的所有線程都轉移到同步隊列中去。

2.2 注意點

以上方法都必須放在同步塊中；
并且以上方法都只能由所處同步塊的鎖對象調用；
鎖對象A.notify()/notifyAll()只能喚醒由鎖對象A wait的線程；
調用notify/notifyAll函數后僅僅是將線程從等待隊列轉移到阻塞隊列，只有當該線程競爭到鎖后，才能從wait方法中返回，繼續執行接下來的代碼；

2.3 QA

為什么wait必須放在同步塊中調用？?
因為等待/通知機制需要和共享狀態變量配合使用，一般是先檢查狀態，若狀態為true則執行wait，即包含“先檢查后執行”，因此需要把這一過程加鎖，確保其原子執行。?
舉個例子：

// 共享的狀態變量 boolean flag = false;// 線程1 Thread t1 = new Thread(new Runnable(){public void run(){while(!flag){wait();}} }).start();// 線程2 Thread t2 = new Thread(new Runnable(){public void run(){flag = true;notifyAll();} }).start();

上述例子thread1未加同步。當thread1執行到while那行后，判斷其狀態為true，此時若發生上下文切換，線程2開始執行，并一口氣執行完了；此時flag已經是true，然而thread1繼續執行，遇到wait后便進入等待態；但此時已經沒有線程能喚醒它了，因此就一直等待下去。

為什么notify需要加鎖？且必須和wait使用同一把鎖？?
首先，加鎖是為了保證共享變量的內存可見性，讓它發生修改后能直接寫入共享內存，好讓wait所處的線程立即看見。?
其次，和wait使用同一把鎖是為了確保wait、notify之間的互斥，即：同一時刻，只能有其中一條線程執行。
為什么必須使用同步塊的鎖對象調用wait函數？?
首先，由于wait會釋放鎖，因此通過鎖對象調用wait就是告訴wait釋放哪個鎖。?
其次，告訴線程，你是在哪個鎖對象上等待的，只有當該鎖對象調用notify時你才能被喚醒。
為什么必須使用同步塊的鎖對象調用notify函數？?
告訴notify，只喚醒在該鎖對象上等待的線程。

2.4 代碼實現

等待/通知機制用于實現生產者和消費者模式。

生產者

synchronized(鎖A){flag = true;// 或者：list.add(xx);鎖A.notify(); }

消費者

synchronized(鎖A){// 不滿足條件while(!flag){ // 或者：list.isEmpty()鎖A.wait();}// doSometing…… }

2.5 超時等待模式

在之前的生產者-消費者模式中，如果生產者沒有發出通知，那么消費者將永遠等待下去。為了避免這種情況，我們可以給消費者增加超時等待功能。該功能依托于wait(long)方法，只需在wait前的檢查條件中增加超時標識位，實現如下：

public void get(long mills){synchronized( list ){// 不加超時功能if ( mills <= 0 ) {while( list.isEmpty() ){list.wait();}}// 添加超時功能else {boolean isTimeout = false;while(list.isEmpty() && isTimeout){list.wait(mills);isTimeout = true;}// doSometing……}} }

3. 管道流

3.1 作用

管道流用于在兩個線程之間進行字節流或字符流的傳遞。

3.2 特點

管道流的實現依靠PipedOutputStream、PipedInputStream、PipedWriter、PipedReader。分別對應字節流和字符流。
他們與IO流的區別是：IO流是在硬盤、內存、Socket之間流動，而管道流僅在內存中的兩條線程間流動。

3.3 實現

步驟如下：?
1. 在一條線程中分別創建輸入流和輸出流；?
2. 將輸入流和輸出流連接起來；?
3. 將輸入流和輸出流分別傳遞給兩條線程；?
4. 調用read和write方法就可以實現線程間通信。

// 創建輸入流與輸出流對象 PipedWriter out = new PipedWriter(); PipedReader in = new PipedReader();// 連接輸入輸出流 out.connect(in);// 創建寫線程 class WriteThread extends Thread{private PipedWriter out;public WriteThread(PipedWriter out){this.out = out;}public void run(){out.write("hello concurrent world!");} }// 創建讀線程 class ReaderThread extends Thread{private PipedReader in;public ReaderThread(PipedReader in){this.in = in;}public void run(){in.read();} }//

4. join

4.1 作用

join能將并發執行的多條線程串行執行；
join函數屬于Thread類，通過一個thread對象調用。當在線程B中執行threadA.join()時，線程B將會被阻塞(底層調用wait方法)，等到threadA線程運行結束后才會返回join方法。
被等待的那條線程可能會執行很長時間，因此join函數會拋出InterruptedException。當調用threadA.interrupt()后，join函數就會拋出該異常。

4.2 實現

public static void main(String[] args){// 開啟一條線程Thread t = new Thread(new Runnable(){public void run(){// doSometing}}).start();// 調用join，等待t線程執行完畢try{t.join();}catch(InterruptedException e){// 中斷處理……}}

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java面试-Java并发编程(六)——线程间的通信的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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