With 4 years of work experience, the 5 communication methods between multi-threads can't be said, can you believe it?

问题

有两个线程,A 线程向一个集合里面依次添加元素“abc”字符串,一共添加十次,当添加到第五次的时候,希望 B 线程能够收到 A 线程的通知,然后 B 线程执行相关的业务操作.线程间通信的模型有两种：共享内存和消息传递,以下方式都是基本这两种模型来实现的.

一、使用 volatile 关键字

基于 volatile 关键字来实现线程间相互通信是使用共享内存的思想.大致意思就是多个线程同时监听一个变量,当这个变量发生变化的时候 ,线程能够感知并执行相应的业务.这也是最简单的一种实现方式

public  class  TestSync {
     //定义共享变量来实现通信,它需要volatile修饰,否则线程不能及时感知
     static  volatile  boolean notice =  false;

     public  static  void  main(String[] args) {
        List<String>  list =  new ArrayList<>();
         //线程A
        Thread threadA =  new Thread(() -> {
             for ( int i =  1; i <=  10; i++) {
                list.add( "abc");
                System.out.println( "线程A添加元素,此时list的size为：" + list.size());
                 try {
                    Thread.sleep( 500);
                }  catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                 if (list.size() ==  5)
                    notice =  true;
            }
        });
         //线程B
        Thread threadB =  new Thread(() -> {
             while ( true) {
                 if (notice) {
                    System.out.println( "线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
                     break;
                }
            }
        });
         //需要先启动线程B
        threadB.start();
         try {
            Thread.sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         // 再启动线程A
        threadA.start();
    }
}

二、使用 Object 类的 wait()/notify()

Object 类提供了线程间通信的方法：wait()、notify()、notifyAll(),它们是多线程通信的基础,而这种实现方式的思想自然是线程间通信.

注意：wait/notify 必须配合 synchronized 使用,wait 方法释放锁,notify 方法不释放锁.wait 是指在一个已经进入了同步锁的线程内,让自己暂时让出同步锁,以便其他正在等待此锁的线程可以得到同步锁并运行,只有其他线程调用了notify(),notify并不释放锁,只是告诉调用过wait()的线程可以去参与获得锁的竞争了,但不是马上得到锁,因为锁还在别人手里,别人还没释放,调用 wait() 的一个或多个线程就会解除 wait 状态,重新参与竞争对象锁,程序如果可以再次得到锁,就可以继续向下运行.

public  class  TestSync {
     public  static  void  main(String[] args) {
         //定义一个锁对象
        Object lock =  new Object();
        List<String>  list =  new ArrayList<>();
         // 线程A
        Thread threadA =  new Thread(() -> {
             synchronized (lock) {
                 for ( int i =  1; i <=  10; i++) {
                    list.add( "abc");
                    System.out.println( "线程A添加元素,此时list的size为：" + list.size());
                     try {
                        Thread.sleep( 500);
                    }  catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                     if (list.size() ==  5)
                        lock.notify(); //唤醒B线程
                }
            }
        });
         //线程B
        Thread threadB =  new Thread(() -> {
             while ( true) {
                 synchronized (lock) {
                     if (list.size() !=  5) {
                         try {
                            lock.wait();
                        }  catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    System.out.println( "线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
                }
            }
        });
         //需要先启动线程B
        threadB.start();
         try {
            Thread.sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         //再启动线程A
        threadA.start();
    }
}

由输出结果,在线程 A 发出 notify() 唤醒通知之后,依然是走完了自己线程的业务之后,线程 B 才开始执行,正好说明 notify() 不释放锁,而 wait() 释放锁.

三、使用JUC工具类 CountDownLatch

jdk1.5 之后在java.util.concurrent包下提供了很多并发编程相关的工具类,简化了并发编程代码的书写,CountDownLatch 基于 ,相当于也是维护了一个线程间共享变量 state.

public  class  TestSync {
     public  static  void  main(String[] args) {
        CountDownLatch countDownLatch =  new CountDownLatch( 1);
        List<String>  list =  new ArrayList<>();
         //线程A
        Thread threadA =  new Thread(() -> {
             for ( int i =  1; i <=  10; i++) {
                list.add( "abc");
                System.out.println( "线程A添加元素,此时list的size为：" + list.size());
                 try {
                    Thread.sleep( 500);
                }  catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                 if (list.size() ==  5)
                    countDownLatch.countDown();
            }
        });
         //线程B
        Thread threadB =  new Thread(() -> {
             while ( true) {
                 if (list.size() !=  5) {
                     try {
                        countDownLatch.await();
                    }  catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println( "线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
                 break;
            }
        });
         //需要先启动线程B
        threadB.start();
         try {
            Thread.sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         //再启动线程A
        threadA.start();
    }
}

四、使用 ReentrantLock 结合 Condition

public  class  TestSync {
     public  static  void  main(String[] args) {
        ReentrantLock lock =  new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();

        List<String> list =  new ArrayList<>();
         //线程A
        Thread threadA =  new Thread(() -> {
            lock.lock();
             for ( int i =  1; i <=  10; i++) {
                list.add( "abc");
                System.out.println( "线程A添加元素,此时list的size为：" + list.size());
                 try {
                    Thread.sleep( 500);
                }  catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                 if (list.size() ==  5)
                    condition.signal();
            }
            lock.unlock();
        });
         //线程B
        Thread threadB =  new Thread(() -> {
            lock.lock();
             if (list.size() !=  5) {
                 try {
                    condition.await();
                }  catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println( "线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
            lock.unlock();
        });
        threadB.start();
         try {
            Thread.sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        threadA.start();
    }
}

这种方式使用起来并不是很好,代码编写复杂,而且线程 B 在被 A 唤醒之后由于没有获取锁还是不能立即执行,也就是说,A 在唤醒操作之后,并不释放锁.这种方法跟 Object 的 wait()/notify() 一样.

五、基本 LockSupport 实现线程间的阻塞和唤醒

LockSupport 是一种非常灵活的实现线程间阻塞和唤醒的工具,使用它不用关注是等待线程先进行还是唤醒线程先运行,但是得知道线程的名字.

public  class  TestSync {
     public  static  void  main(String[] args) {
        List<String> list =  new ArrayList<>();
         //线程B
         final Thread threadB =  new Thread(() -> {
             if (list.size() !=  5) {
                LockSupport.park();
            }
            System.out.println( "线程B收到通知,开始执行自己的业务...");
        });
         //线程A
        Thread threadA =  new Thread(() -> {
             for ( int i =  1; i <=  10; i++) {
                list.add( "abc");
                System.out.println( "线程A添加元素,此时list的size为：" + list.size());
                 try {
                    Thread.sleep( 500);
                }  catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                 if (list.size() ==  5)
                    LockSupport.unpark(threadB);
            }
        });
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}