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服务器之家 - 编程语言 - Java教程 - 如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

2021-12-21 13:27ZWZhangYu Java教程

开发中不免会遇到需要所有子线程执行完毕通知主线程处理某些逻辑的场景。或者是线程 A 在执行到某个条件通知线程 B 执行某个操作。下面我们来一起学习如何解决吧

1.1 创建线程

1.1.1 创建线程的四种方式

【1】继承Thread类

【2】实现Runnable接口

【3】实现Callable,获取返回值

【4】实现FutureTask类

Thread类是一个Runnable接口的实现类,Thread类中通过调用私有的init来实现初始化。

如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

g:线程组

target:实现Runnable接口的线程处理类

name:线程名称,如果没有指定则默认Thread-随机数

stackSize:线程初始栈大小

1.1.2 Thread类与Runnable接口的比较

1:由于Java“单继承,多实现”的特性,Runnable接口使用起来比Thread更灵活。

2:Runnable接口出现更符合面向对象,将线程单独进行对象的封装。

3:Runnable接口出现,降低了线程对象和线程任务的耦合性。

4:如果使用线程时不需要使用Thread类的诸多方法,显然使用Runnable接口更为轻量。Thread是扩展了Runnable接口的对象。

1.1.3 Callable、Future与FutureTask

使用Runnable和Thread来创建一个新的线程。但是它们有一个弊端,就是run方法是没有返回值的。而有时候我们希望开启一个线程去执行一个任务,并且这个任务执行完成后有一个返回值。

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
  /**
   * 处理任务并返回一个结果
   *
   * @return computed result
   * @throws Exception if unable to compute a result
   */
  V call() throws Exception;
}

Callable一般是配合线程池工具ExecutorService来使用的。ExecutorService可以使用submit方法来让一个Callable接口执行。它会返回一个Future,我们通过

Future.get()就可以获取线程执行的返回结果了。

 

1.2 线程组和线程优先级

Java中用ThreadGroup来表示线程组,我们可以使用线程组对线程进行批量控制。

ThreadGroup和Thread的关系就如同他们的字面意思一样简单粗暴,每个Thread必然存在于一个ThreadGroup中,Thread不能独立于ThreadGroup存在。执行main()方法线程的名字是main,如果在new Thread时没有显式指定,那么默认将父线程(当前执行new Thread的线程)线程组设置为自己的线程组。

ThreadGroup管理着它下面的Thread,ThreadGroup是一个标准的向下引用的树状结构,这样设计的原因是防止”上级”线程被”下级”线程引用而无法有效地被GC回收。

Java中线程优先级可以指定,范围是1~10。但是并不是所有的操作系统都支持10级优先级的划分(比如有些操作系统只支持3级划分:低,中,高),Java只是给操作系统一个优先级的参考值,线程最终在操作系统的优先级是多少还是由操作系统决定。

Java默认的线程优先级为5,线程的执行顺序由调度程序来决定,线程的优先级会在线程被调用之前设定。

通常情况下,高优先级的线程将会比低优先级的线程有更高的几率得到执行。我们使用方法Thread类的setPriority()实例方法来设定线程的优先级。

Java中的优先级来说不是特别的可靠,Java程序中对线程所设置的优先级只是给操作系统一个建议,操作系统不一定会采纳。而真正的调用顺序,是由操作系统的线程调度算法决定的。

Java提供一个线程调度器来监视和控制处于RUNNABLE状态的线程。线程的调度策略采用抢占式,优先级高的线程比优先级低的线程会有更大的几率优先执行。在优先级相同的情况下,按照“先到先得”的原则。每个Java程序都有一个默认的主线程,就是通过JVM启动的第一个线程main线程。

还有一种线程称为守护线程(Daemon),守护线程默认的优先级比较低。

如果某线程是守护线程,那如果所有的非守护线程结束,这个守护线程也会自动结束。

应用场景是:当所有非守护线程结束时,结束其余的子线程(守护线程)自动关闭,就免去了还要继续关闭子线程的麻烦。

一个线程默认是非守护线程,可以通过Thread类的setDaemon(boolean on)来设置。

【一个线程必然存在于一个线程组中,那么当线程和线程组的优先级不一致的时候将会怎样呢?】

public static void main(String[] args) {
  ThreadGroup threadGroup = new ThreadGroup("t1");
  threadGroup.setMaxPriority(6);
  Thread thread = new Thread(threadGroup,"thread");
  thread.setPriority(9);
  System.out.println("我是线程组的优先级"+threadGroup.getMaxPriority());
  System.out.println("我是线程的优先级"+thread.getPriority());
}

所以,如果某个线程优先级大于线程所在线程组的最大优先级,那么该线程的优先级将会失效,取而代之的是线程组的最大优先级。

 

1.3 Java线程的状态及主要转化方法

Enum Thread.State

如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

【1】反复调用同一个线程的start()方法是否可行?

【2】假如一个线程执行完毕(此时处于TERMINATED状态),再次调用这个线程的start()方法是否可行?

查看Thread类中start()方法源码,代码如下

public synchronized void start() {
		//threadStatus表示处于NEW状态的线程
      if (threadStatus != 0)
          throw new IllegalThreadStateException();
		 //通知当前线程的线程组这个线程将要启动,并添加当前线程到线程组中
		 //当前线程组未启动线程数减少
      group.add(this);
      boolean started = false;
      try {
          start0();
          started = true;
      } finally {
          try {
				//处理启动失败的线程
              if (!started) {
                  group.threadStartFailed(this);
              }
          } catch (Throwable ignore) {
          }
      }
  }
  //本地方法执行线程的实际启动流程
  private native void start0();

在start()内部,这里有一个threadStatus的变量。如果它不等于0,调用start()是会直接抛出异常的。

我是在start()方法内部的最开始打的断点,叙述下在我这里打断点看到的结果:

测试代码如下

@Test
  public  void testThreadState(){
      Thread thread = new Thread(()->{
          System.out.println("Thread Run...");
      });
      thread.start();
      thread.start();
  }

第一个 thread.start();执行情况如下

如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

第二个 thread.start();执行情况如下

如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

两个问题的答案都是不可行,在调用一次start()之后,threadStatus的值会改变(threadStatus !=0),此时再次调用start()方法会抛出IllegalThreadStateException异常。

比如,threadStatus为2代表当前线程状态为TERMINATED。

 

1.4 Java线程间的通信

线程同步是线程之间按照一定的顺序执行。

1.4.1 等待/通知机制

Java多线程的等待/通知机制是基于Object类的wait()方法和notify(), notifyAll()方法来实现的。

notify()方法会随机叫醒一个正在等待的线程,而notifyAll()会叫醒所有正在等待的线程。

1.4.2 信号量

JDK提供了一个类似于“信号量”功能的类Semaphore。但本文不是要介绍这个类,而是介绍一种基于volatile关键字的自己实现的信号量通信。

volitile关键字能够保证内存的可见性,如果用volitile关键字声明了一个变量,在一个线程里面改变了这个变量的值,那其它线程是立马可见更改后的值的。

【需求】让线程1输出0,然后线程2输出1,再然后线程A输出2…以此类推。我应该怎样实现呢?

private static Object lock=new Object();
  private static volatile  int sign=0;
  static class MyThread1 implements  Runnable{
      @SneakyThrows
      @Override
      public void run() {
          while (sign<5){
              if (sign%2==0){
                  System.out.println("线程1--->"+sign);
                  synchronized (lock){
                      sign++;
                  }
              }
          }
      }
  }
  static class MyThread2 implements  Runnable{
      @Override
      public void run() {
          while (sign<5){
              if (sign%2!=0){
                  System.out.println("线程2--->"+sign);
                  synchronized (lock){
                      sign++;
                  }
              }
          }
      }
  }
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      Thread threadA = new Thread(new MyThread1());
      Thread threadB = new Thread(new MyThread2());
      threadA.start();
      threadB.start();
      Thread.sleep(4000);
  }

注意:

上面使用了一个volatile变量signal来实现了“信号量”的模型。但是volatile仅仅只线程可见的,signal++并不是一个原子操作,所以我们需要使用synchronized给它“上锁”

1.4.3 管道

管道是基于“管道流”的通信方式。JDK提供了PipedWriter、 PipedReader、 PipedOutputStream、 PipedInputStream。其中,前面两个是基于字符的,后面两个是基于字节流的。

public class PipeExample {
  /**
   * 构建一个管道读的线程
   */
  static class ReaderThread implements  Runnable{
      private  PipedReader pipedReader;
      public ReaderThread(PipedReader pipedReader) {
          this.pipedReader = pipedReader;
      }
      @Override
      public void run() {
          int count=0;
          try
          {//接收并输出流
              while ((count= pipedReader.read())!=-1){
                  System.out.println((char)count);
              }
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
          }
      }
  }
  /**
   * 构建一个写入管道流的线程
   */
  static class WriterThread implements Runnable {
      private PipedWriter writer;
      public WriterThread(PipedWriter writer) {
          this.writer = writer;
      }
      @SneakyThrows
      @Override
      public void run() {
          try {
              writer.write("qwertyui");
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
          }finally {
              //写入管道的流必须关闭
              writer.close();
          }
      }
  }
  public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
      PipedWriter writer = new PipedWriter();
      PipedReader reader = new PipedReader();
      // 这里注意一定要连接,才能通信
      writer.connect(reader);
      new Thread(new ReaderThread(reader)).start();
      Thread.sleep(1000);
      new Thread(new WriterThread(writer)).start();
  }
}

我们通过线程的构造函数,传入了PipedWrite和PipedReader对象。可以简单分析一下这个示例代码的执行流程:

1:线程ReaderThread开始执行

2:线程ReaderThread使用管道reader.read()进入”阻塞“

3:线程WriterThread开始执行

4:线程WriterThread用writer.write(“XXXX”)往管道写入字符串

5:线程WriterThread使用writer.close()结束管道写入,并执行完毕

6:线程ReaderThread接受到管道输出的字符串并打印

7:线程ReaderThread执行完毕

管道通信的应用场景:使用管道多半与I/O流相关。当我们一个线程需要先另一个线程发送一个信息(比如字符串)或者文件等等时,就需要使用管道通信了。

 

总结

本篇文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注服务器之家的更多内容!

原文链接:https://blog.csdn.net/Octopus21/article/details/120106529

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