java并发-线程间通信
4.3线程间通信
4.3.1 volatile和synchronized关键字
Java支持多个线程同时访问一个对象或者对象的成员变量,由于每个线程可以拥有这个 变量的拷贝(虽然对象以及成员变量分配的内存是在共享内存中的,但是每个执行的线程还是 可以拥有一份拷贝,这样做的目的是加速程序的执行,这是现代多核处理器的一个显著特 性),所以程序在执行过程中,一个线程看到的变量并不一定是最新的。
关键字volatile可以用来修饰字段(成员变量),就是告知程序任何对该变量的访问均需要 从共享内存中获取,而对它的改变必须同步刷新回共享内存,它能保证所有线程对变量访问 的可见性。
举个例子,定义一个表示程序是否运行的成员变量boolean on=true,那么另一个线程可能 对它执行关闭动作(on=false),这里涉及多个线程对变量的访问,因此需要将其定义成为 volatile boolean on=true,这样其他线程对它进行改变时,可以让所有线程感知到变化,因为所 有对on变量的访问和修改都需要以共享内存为准。但是,过多地使用volatile是不必要的,因为 它会降低程序执行的效率。
关键字synchronized可以修饰方法或者以同步块的形式来进行使用,它主要确保多个线程 在同一个时刻,只能有一个线程处于方法或者同步块中,它保证了线程对变量访问的可见性 和排他性。
对于同步块的实现使用了monitorenter和monitorexit指令,而同步方法则 是依靠方法修饰符上的ACC_SYNCHRONIZED来完成的。无论采用哪种方式,其本质是对一 个对象的监视器(monitor)进行获取,而这个获取过程是排他的,也就是同一时刻只能有一个 线程获取到由synchronized所保护对象的监视器。
任意一个对象都拥有自己的监视器,当这个对象由同步块或者这个对象的同步方法调用 时,执行方法的线程必须先获取到该对象的监视器才能进入同步块或者同步方法,而没有获 取到监视器(执行该方法)的线程将会被阻塞在同步块和同步方法的入口处,进入BLOCKED 状态。
从图4-2中可以看到,任意线程对Object(Object由synchronized保护)的访问,首先要获得 Object的监视器。如果获取失败,线程进入同步队列,线程状态变为BLOCKED。当访问Object 的前驱(获得了锁的线程)释放了锁,则该释放操作唤醒阻塞在同步队列中的线程,使其重新 尝试对监视器的获取。
4.3.2 等待/通知机制
| 方法名称 | 描述 |
|---|---|
| notify() | 通知一个在对象上等待的线程，使其从wait()方法返回，而返回的前提时该线程获取到了对象的锁 |
| notifyAll() | 通知所有等待在该对象上的线程 |
| wait() | 调用该方法的线程进入WAITING状态，只有等待另外的线程和通知或被中断才会返回，需要注意，调用wait()方法后，会释放对象的锁 |
| wait(long) | 等待一段时间（毫秒），没有通知，就超时返回 |
-
1)使用wait()、notify()和notifyAll()时需要先对调用对象加锁。
-
2)调用wait()方法后,线程状态由RUNNING变为WAITING,并将当前线程放置到对象的 等待队列。
-
3)notify()或notifyAll()方法调用后,等待线程依旧不会从wait()返回,需要调用notify()或 notifAll()的线程释放锁之后,等待线程才有机会从wait()返回。
-
4)notify()方法将等待队列中的一个等待线程从等待队列中移到同步队列中,而notifyAll() 方法则是将等待队列中所有的线程全部移到同步队列,被移动的线程状态由WAITING变为 BLOCKED。
-
5)从wait()方法返回的前提是获得了调用对象的锁。
4.3.3 等待/通知的经典范式
从4.3.2节中的WaitNotify示例中可以提炼出等待/通知的经典范式,该范式分为两部分,分 别针对等待方(消费者)和通知方(生产者)。
等待方遵循如下原则。
- 1)获取对象的锁。
- 2)如果条件不满足,那么调用对象的wait()方法,被通知后仍要检查条件。
- 3)条件满足则执行对应的逻辑。
- 对应的伪代码如下。
synchronized(对象) {
while(条件不满足) {
对象.wait();
}
对应的处理逻辑
}
通知方遵循如下原则。
- 1)获得对象的锁。
- 2)改变条件。
- 3)通知所有等待在对象上的线程。 对应的伪代码如下。
synchronized(对象) {
改变条件
对象.notifyAll();
}
4.3.4 管道输入/输出流
管道输入/输出流和普通的文件输入/输出流或者网络输入/输出流不同之处在于,它主要 用于线程之间的数据传输,而传输的媒介为内存。
管道输入/输出流主要包括了如下4种具体实现:PipedOutputStream、PipedInputStream、 PipedReader和PipedWriter,前两种面向字节,而后两种面向字符。
4.3.5 Thread.join()的使用
如果一个线程A执行了thread.join()语句,其含义是:当前线程A等待thread线程终止之后才 从thread.join()返回。线程Thread除了提供join()方法之外,还提供了join(long millis)和join(long millis,int nanos)两个具备超时特性的方法。这两个超时方法表示,如果线程thread在给定的超时 时间里没有终止,那么将会从该超时方法中返回。
// 加锁当前线程对象
public final synchronized void join() throws InterruptedException {
// 条件不满足,继续等待
while (isAlive()) {
wait(0);
}
// 条件符合,方法返回
}
4.3.6 ThreadLocal的使用
ThreadLocal,即线程变量,是一个以ThreadLocal对象为键、任意对象为值的存储结构。这 个结构被附带在线程上,也就是说一个线程可以根据一个ThreadLocal对象查询到绑定在这个 线程上的一个值。
可以通过set(T)方法来设置一个值,在当前线程下再通过get()方法获取到原先设置的值。