如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

目录
  • 1.1 创建线程
    • 1.1.1 创建线程的四种方式
    • 1.1.2 Thread类与Runnable接口的比较
    • 1.1.3 Callable、Future与FutureTask
  • 1.2 线程组和线程优先级
  • 1.3 Java线程的状态及主要转化方法
  • 1.4 Java线程间的通信
    • 1.4.1 等待/通知机制
    • 1.4.2 信号量
    • 1.4.3 管道
  • 总结

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。

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

【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

第二个 thread.start();执行情况如下

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我们的更多内容!

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