Java——多线程高并发系列之线程间的通信(synchronized、Lock、Condition)

简介: Java——多线程高并发系列之线程间的通信(synchronized、Lock、Condition)

文章目录:


写在前面

Demo1(多线程通信之计数案例:synchronized实现方式)

Demo2(多线程通信之计数案例:Lock + Condition实现方式)

Demo3(多线程定制化通信之循环交替打印案例)


写在前面


关键字 synchronized 与 wait()/notify()这两个方法一起使用可以实现等待/通知模式。Lock 锁的 newContition()方法返回 Condition 对象,Condition 类也可以实现等待/通知模式。

使用Condition 类可以进行选择性通知. Condition 接口中比较常用的两个方法:await()会使当前线程等待,同时会释放锁,当其他线程调用 signal()时,线程会重新获得锁并继续执行,signal()用于唤醒一个等待的线程。


注意:在调用Condition的await()/signal()方法前,也需要线程持有相关的 Lock 锁。调用 await()后线程会释放这个锁,在 singal()调用后会从当前 Condition 对象的等待队列中,唤醒 一个线程,唤醒 的线程尝试获得锁, 一旦获得锁成功就继续执行。


也就是说,Condition接口中的await()方法就相当于之前与synchronized联合使用的Object类中的wait()方法;signal()方法就相当于之前与synchronized联合使用的Object类中的notify()方法。


Demo1(多线程通信之计数案例:synchronized实现方式)


这个案例主要实现让多个线程交替打印 0、1 这两个数字。incr 方法实现的增加1,当num不为0(此时为1)则进行wait等待,其余情况增加1,之后notifyAll唤醒其他等待的线程,这里使用while则是为了避免虚假唤醒的情况。


package test.count;
/**
 * 多线程计数案例:synchronized实现方式
 */
class Share {
    private int num = 0;
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        while (num != 0) {
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + num);
        this.notifyAll();
    }
    public synchronized void decr() throws InterruptedException {
        while (num != 1) {
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + num);
        this.notifyAll();
    }
}
public class CountNum {
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    try {
                        share.incr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"线程A").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    try {
                        share.decr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"线程B").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    try {
                        share.incr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"线程C").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    try {
                        share.decr();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"线程D").start();
    }
}



Demo2(多线程通信之计数案例:Lock + Condition实现方式)


与Demo1是一样的理解,只是这里实现方式变了。这里也是首先 lock.lock() 获取锁,incr 方法实现的增加1,当num不为0(此时为1)则进行await等待,其余情况增加1,之后signalAll唤醒其他等待的线程,这里使用while则是为了避免虚假唤醒的情况。最后为了确保锁一定能释放,将 lock.unlock() 写在finally子句中。


package test.count;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 多线程计数案例:Lock实现方式
 */
class Share2 {
    private int num = 0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    public void incr() {
        lock.lock();
        try {
            while (num != 0) {
                condition.await();
            }
            num++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + num);
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void decr() {
        lock.lock();
        try {
            while (num != 1) {
                condition.await();
            }
            num--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + num);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
public class CountNum2 {
    public static void main(String[] args) {
        Share2 share2 = new Share2();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.incr();
                }
            }
        },"线程A").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.decr();
                }
            }
        },"线程B").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.incr();
                }
            }
        },"线程C").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    share2.decr();
                }
            }
        },"线程D").start();
    }
}



Demo3(多线程定制化通信之循环交替打印案例)


这个案例实现的是:三个线程(a、b、c)循环交替打印,也就是线程a打印5行、线程b接着打印10行、线程c继续打印15行、线程a再打印5行......,这样一直循环下去。


首先是定义了一个标志位 flag(线程a对应1、线程b对应2、线程c对应3),三个方法中依次获取锁,然后满足条件就打印、不满足就等待,之后每打印完一次就修改下标志位为下一个打印的线程标志位,之后将要打印的线程唤醒即可。


package test;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * 线程间的定制化通信
 */
class ShareResource {
    //定义标志位
    //1 ---> a , 2 ---> b , 3 ---> c
    private int flag = 1;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition a = lock.newCondition(); // a
    private Condition b = lock.newCondition(); // b
    private Condition c = lock.newCondition(); // c
    //打印5次,参数为打印的轮数
    public void print5(int loop) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (flag != 1) {
                a.await();
            }
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i + " , 轮数: " + loop);
            }
            flag = 2;
            b.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //打印10次,参数为打印的轮数
    public void print10(int loop) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (flag != 2) {
                b.await();
            }
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i + " , 轮数: " + loop);
            }
            flag = 3;
            c.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //打印15次,参数为打印的轮数
    public void print15(int loop) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (flag != 3) {
                c.await();
            }
            for (int i = 1; i <= 15; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i + " , 轮数: " + loop);
            }
            flag = 1;
            a.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
public class ThreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        ShareResource shareResource = new ShareResource();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 3; i++) {
                    try {
                        shareResource.print5(i);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"线程a").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 3; i++) {
                    try {
                        shareResource.print10(i);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"线程b").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 3; i++) {
                    try {
                        shareResource.print15(i);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"线程c").start();
    }
}

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