JUC高并发编程3：线程间通信

news2024/12/26 19:05:51

1 线程间通信

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。我们来基本一道面试常见的题目来分析

场景：两个线程，一个线程对当前数值加 1，另一个线程对当前数值减 1,要求用线程间通信

1.1 synchronized方法

// 第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class Share{

    //初始值
    private int number = 0;

    // +1的方法
    public synchronized void incr() throws InterruptedException {
        // 判断
        while(number != 0) {
            this.wait();
        }
        // 干活
        number++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
        //通知其他线程
        this.notifyAll();
    }

    // -1的方法
    public synchronized void decr() throws InterruptedException {
        // 判断
        while(number != 1) {
            this.wait();
        }
        // 干活
        number--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
        //通知其他线程
        this.notifyAll();
    }

}
public class ThreadDemo1 {

    // 第三步创建多个线程，调用资源类的操作方法
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();
        // 创建线程
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr();//+1
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"AA").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr(); //-1
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"BB").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr();//+1
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"CC").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr(); //-1
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"DD").start();

    }
}

1.2 Lock方案

// 第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class Share{
    //初始值
    private int number = 0;

    //创建Lock
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    // +1
    public void incr() throws InterruptedException {
        //上锁
        lock.lock();
        try {
            //判断
            while (number != 0){
                condition.await();
            }
            //干活
            number++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
            //通知
            condition.signalAll();
        }finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }

    // -1
    public void decr() throws InterruptedException {
        //上锁
        lock.lock();
        try {
            //判断
            while (number != 1){
                condition.await();
            }
            //干活
            number--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + number);
            //通知
            condition.signalAll();
        }finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }
}
public class ThreadDemo2 {

    // 第三步创建多个线程，调用资源类的操作方法
    public static void main(String[] args) {
        Share share = new Share();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"AA").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"BB").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.incr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"CC").start();


        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    share.decr();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"DD").start();
    }
}

1.3 虚假唤醒问题

在Java中，线程间通信通常使用 Object 类的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法来实现。这些方法与条件变量类似，但同样可能会出现虚假唤醒（Spurious Wakeup）的问题。

1.3.1 什么是虚假唤醒？

虚假唤醒是指一个线程在没有被显式通知的情况下被唤醒。换句话说，即使没有调用 notify() 或 notifyAll() 方法，等待的线程也可能被唤醒。这种现象在某些操作系统或线程库中是允许的，因为它可以简化某些实现。

1.3.2 为什么会出现虚假唤醒？

虚假唤醒的原因可能包括：

  1. 操作系统调度：操作系统可能在某些情况下唤醒线程，即使没有显式的通知。
  2. 多核处理器：在多核处理器上，线程可能在不同的核心上运行，导致某些同步机制不完全可靠。
  3. Java 实现：Java 的线程库实现可能会允许虚假唤醒，以提高性能或简化实现。

1.3.3 如何处理虚假唤醒？

为了避免虚假唤醒带来的问题，通常的做法是在循环中检查条件变量。这样，即使线程被虚假唤醒，它也会在循环中重新检查条件，如果条件不满足，线程会继续等待。

以下是一个使用 wait() 和 notifyAll() 的典型示例：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SpuriousWakeupExample {
    private static final Lock lock = new ReentrantLock();
    private static final Condition condition = lock.newCondition();
    private static boolean ready = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread workerThread = new Thread(new Worker());
        workerThread.start();

        // 主线程设置条件并通知
        Thread.sleep(1000); // 模拟一些工作
        lock.lock();
        try {
            ready = true;
            condition.signalAll(); // 通知等待的线程
        } finally {
            lock.unlock();
        }

        workerThread.join();
    }

    static class Worker implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                // 在循环中检查条件
                while (!ready) {
                    condition.await(); // 等待条件满足
                }
                // 条件满足，执行工作
                System.out.println("Worker thread is processing data");
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

1.3.4 关键点

  1. 循环检查条件：在 await() 方法周围使用 while 循环来检查条件，而不是 if 语句。这样可以确保即使线程被虚假唤醒，它也会重新检查条件。
  2. 使用 Lock 和 Condition：在示例中使用了 ReentrantLock 和 Condition，这是 Java 中更灵活的同步机制。你也可以使用 synchronized 关键字和 Object 的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法，但原理是相同的。
  3. 处理中断：在 await() 方法中捕获 InterruptedException，并处理线程中断的情况。

通过这种方式，可以有效避免虚假唤醒带来的问题，确保线程在条件真正满足时才继续执行。

1.4 多线程编程步骤

  • 第一步创建资源类，在资源类创建属性和操作方法

  • 第二步在资源类操作方法

    • 判断
    • 干活
    • 通知

  • 第三步创建多个线程，调用资源类的操作方法

  • 第四步防止虚假唤醒问题

2 线程间定制化通信

让线程按照指定顺序进行通信。

2.1 案例介绍

启动三个线程，按照如下要求执行：
AA线程打印 5 次 A，BB 线程打印 10 次 B，CC 线程打印 15 次 C,按照此顺序循环 10 轮

2.2 流程分析

在这里插入图片描述

2.3 代码实现

// 第一步 创建资源类，定义属性和操作方法
class ShareResourse{
    // 定义标识位
    private int flag = 1; // 1:AA; 2:BB; 3:CC
    //创建Lock
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    //创建三个condition
    private Condition c1 = lock.newCondition();
    private Condition c2 = lock.newCondition();
    private Condition c3 = lock.newCondition();

    //打印5次，参数第几轮
    public void print5(int loop) throws InterruptedException {
        //上锁
        lock.lock();
        try{
            while (flag != 1){
                //等待
                c1.await();
            }
            //干活
            for (int i = 0; i <= 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i +"， 轮数："+ loop);
            }
            //通知
            flag = 2; //修改标识位2
            c2.signal();//通知BB线程
        }finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

    //打印10次，参数第几轮
    public void print10(int loop) throws InterruptedException {
        //上锁
        lock.lock();
        try{
            while (flag != 2){
                //等待
                c2.await();
            }
            //干活
            for (int i = 0; i <= 10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i +"， 轮数："+ loop);
            }
            //通知
            flag = 3; //修改标识位3
            c3.signal();//通知CC线程
        }finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }


    //打印15次，参数第几轮
    public void print15(int loop) throws InterruptedException {
        //上锁
        lock.lock();
        try{
            while (flag != 3){
                //等待
                c3.await();
            }
            //干活
            for (int i = 0; i <= 15; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: " + i +"， 轮数："+ loop);
            }
            //通知
            flag = 1; //修改标识位1
            c1.signal();//通知AA线程
        }finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
}
public class ThreadDemo3 {
    // 第三步创建多个线程，调用资源类的操作方法
    public static void main(String[] args) {
        ShareResourse shareResourse = new ShareResourse();
        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i <= 10; i++) {
                try {
                    shareResourse.print5(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"AA").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i <= 10; i++) {
                try {
                    shareResourse.print10(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"BB").start();

        new Thread(()->{
            for (int i = 0; i <= 10; i++) {
                try {
                    shareResourse.print15(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"CC").start();
    }
}

synchronized实现同步的基础：Java中的每一个对象都可以作为锁。具体表现为以下3种形式。
对于普通同步方法，锁是当前实例对象。
对于静态同步方法，锁是当前类的class对象。
对于同步方法块，锁是synchonized括号里配置的对象

3 思维导图

在这里插入图片描述

4 参考链接

【【尚硅谷】大厂必备技术之JUC并发编程】

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一、获取所有文章地址 1.进csdn首页&#xff0c;点击自己的头像 2.在个人主页界面&#xff0c;按F12打开控制台&#xff0c;并找到network&#xff0c;找到get-business开头的请求&#xff0c;右键copy他的url 3.选择console,输入一下代码&#xff0c;其中fetch里面的url是你刚…
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62.【C语言】浮点数的存储

62.【C语言】浮点数的存储

目录 1.浮点数的类型 2.浮点数表示的范围 3.浮点数的特性 《计算机科学导论》的叙述 4.浮点数在内存中的存储 答案速查 分析 前置知识:浮点数的存储规则 推导单精度浮点数5.5在内存中的存储 验证 浮点数取出的分析 1.一般情况:E不全为0或不全为1 2.特殊情况:E全为0…
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P335_0334韩顺平Java_零钱通介绍

P335_0334韩顺平Java_零钱通介绍

目录 P335_0334韩顺平Java_零钱通介绍代码过程编程OOP&#xff08;Object-Oriented Project&#xff09; 参考资料 P335_0334韩顺平Java_零钱通介绍 先完成显示菜单&#xff0c;并可以选择。完成零钱通明细。完成收益入账。消费。退出。 PS&#xff1a;判断时尽量用不正确的条…
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BEV学习---LSS4-模型训练

BEV学习---LSS4-模型训练

主要借鉴如下链接&#xff1a; https://blog.csdn.net/m0_51579041/article/details/140746160 测试命令如下&#xff0c;均已跑通&#xff1a; # 验证集iou计算&#xff1a; python main.py eval_model_iou mini -bsz1 --nworkers0 --gpuid0 --modelf./model/model525000.pt…
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【CSS/HTML】圣杯布局和双飞翼布局实现两侧宽度固定，中间宽度自适应及其他扩展实现

【CSS/HTML】圣杯布局和双飞翼布局实现两侧宽度固定，中间宽度自适应及其他扩展实现

前沿简介 圣杯布局和双飞翼布局是前端重要的布局方式。两者的功能相同&#xff0c;都是为了实现一个两侧宽度固定&#xff0c;中间宽度自适应的三栏布局。 圣杯布局来源于文章In Search of the Holy Grail,双飞翼布局来源于淘宝UED。 两者的实现方式有差异&#xff0c;但是都…
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