Java 多线程并发编程（四）：线程间通信一

解释：

1）新创建一个新的线程对象后，再调用它的start（）方法，系统会为此线程分配CPU资源，使其处于Runnable（可运行）状态，这是一个准备运行的阶段。 如果线程抢占到CPU资源，此线程就处于Running（运行）状态。

2）Runnable状态和Running状态可相互切换，因为有可能线程运行一段时间后，有其他高优先级的线程抢占了CPU资源，这时此线程就从Running状态变成Runnable状态。

线程进入Runnable状态大体分为如下5种情况：

·调用sleep（）方法后经过的时间超过了指定的休眠时间。

·线程调用的阻塞IO已经返回，阻塞方法执行完毕。

·线程成功地获得了试图同步的监视器。

·线程正在等待某个通知，其他线程发出了通知。

·处于挂起状态的线程调用了resume恢复方法。

3）Blocked是阻塞的意思，例如遇到了一个IO操作，此时CPU处于空闲状态，可能会转而把CPU时间片分配给其他线程，这时也可以称为“暂停”状态。 Blocked状态结束后，进入Runnable状态，等待系统重新分配资源。

出现阻塞的情况大体分为如下5种：

·线程调用sleep方法，主动放弃占用的处理器资源。

·线程调用了阻塞式IO方法，在该方法返回前，该线程被阻塞。

·线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程所持有。

·线程等待某个通知。

·程序调用了suspend方法将该线程挂起。 此方法容易导致死锁，尽量避免使用该方法。

4）run（）方法运行结束后进入销毁阶段，整个线程执行完毕。

每个锁对象都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列。 就绪队列存储了将要获得锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程。 一个线程被唤醒后，才会进入就绪队列，等待CPU的调度； 反之，一个线程被wait后，就会进入阻塞队列，等待下一次被唤醒。

二、使用wait/notify实现线程间的通信

1、不使用等待/通知机制实现线程间通信

不使用等待/通知机制实现线程间通信,虽然两个线程可以实现通信，但有一个弊端就是，线程需要不停地通过while语句轮询机制来检测某一个条件，这样会浪费CPU资源。

如果轮询的时间间隔很小，更浪费CPU资源； 如果轮询的时间间隔很大，有可能会取不到想要得到的数据。 所以就需要有一种机制来实现减少CPU的资源浪费，而且还可以实现在多个线程间通信，它就是“wait/notify”机制。

2、等待/通知机制的实现

等待/通知机制的实现实现的两个核心方法就是wait（）和notify（）。

方法wait（）的作用是使当前执行代码的线程进行等待，wait（）方法是Object类的方法，该方法用来将当前线程置入“预执行队列”中，并且在wait（）所在的代码行处停止执行，直到接到通知或被中断为止。 在调用wait（）之前，线程必须获得该对象的对象级别锁，即只能在同步方法或同步块中调用wait（）方法。 在执行wait（）方法后，当前线程释放锁。 在从wait（）返回前，线程与其他线程竞争重新获得锁。 如果调用wait（）时没有持有适当的锁，则抛出IllegalMonitorStateException，它是RuntimeException的一个子类，因此，不需要try-catch语句进行捕捉异常。

方法notify（）也要在同步方法或同步块中调用，即在调用前，线程也必须获得该对象的对象级别锁。 如果调用notify（）时没有持有适当的锁，也会抛出IllegalMonitorStateException。 该方法用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其他线程，如果有多个线程等待，则由线程规划器随机挑选出其中一个呈wait状态的线程，对其发出通知notify，并使它等待获取该对象的对象锁。

需要说明的是，在执行notify（）方法后，当前线程不会马上释放该对象锁，呈wait状态的线程也并不能马上获取该对象锁，要等到执行notify（）方法的线程将程序执行完，也就是退出synchronized代码块后，当前线程才会释放锁，而呈wait状态所在的线程才可以获取该对象锁。 当第一个获得了该对象锁的wait线程运行完毕以后，它会释放掉该对象锁，此时如果该对象没有再次使用notify语句，则即便该对象已经空闲，其他wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知，还会继续阻塞在wait状态，直到这个对象发出一个notify或notifyAll。

用一句话来总结一下wait和notify： wait使线程停止运行，而notify使停止的线程继续运行。

三、方法wait（）锁释放与notify（）锁不释放

当方法wait（）被执行后，锁被自动释放，但执行完notify（）方法，锁却不自动释放。

1、当interrupt方法遇到wait方法

1）执行完同步代码块就会释放对象的锁。

2）在执行同步代码块的过程中，遇到异常而导致线程终止，锁也会被释放。

3）在执行同步代码块的过程中，执行了锁所属对象的wait（）方法，这个线程会释放对象锁，而此线程对象会进入线程等待池中，等待被唤醒。

2、只通知一个线程

调用方法notify（）一次只随机通知一个线程进行唤醒。

3、唤醒所有线程

可以通过多次调用notify（）方法来实现唤醒多个线程，但并不能保证唤醒所有线程，也就是若notify（）方法的调用次数小于线程对象的数量，会出现有部分线程对象无法被唤醒的情况。 为了唤醒全部线程，可以使用notifyAll（）方法。

4、 方法wait（long）的使用

带一个参数的wait（long）方法的功能是等待某一时间内是否有线程对锁进行唤醒，如果超过这个时间则自动唤醒。 也可以由其他线程唤醒

5、  通知过早

如果通知过早，则会打乱程序正常的运行逻辑。

6、等待wait的条件发生变化

在使用wait/notify模式时，还需要注意另外一种情况，也就是wait等待的条件发生了变化，也容易造成程序逻辑的混乱。

四、生产者/消费者模式实现

等待/通知模式最经典的案例就是“生产者/消费者”模式。 但此模式在使用上有几种“变形”，还有一些小的注意事项，但原理都是基于wait/notify的。

1.一生产与一消费： 操作值

2.多生产与多消费： 操作值-假死

通过wait/notify进行通信，但不保证notify唤醒的是异类，也许是同类，比如“生产者”唤醒“生产者”，或“消费者”唤醒“消费者”这样的情况。 如果按这样情况运行的比率积少成多，就会导致所有的线程都不能继续运行下去，大家都在等待，都呈WAITING状态，程序最后也就呈“假死”状态，不能继续运行下去了。

3.多生产与多消费： 操作值

4.一生产与一消费： 操作栈

5.一生产与多消费——操作栈： 解决wait条件改变与假死

6.多生产与一消费： 操作栈

7.多生产与多消费： 操作栈

五、通过管道进行线程间通信： 字节流

在Java语言中提供了各种各样的输入/输出流Stream，使我们能够很方便地对数据进行操作，其中管道流（pipeStream）是一种特殊的流，用于在不同线程间直接传送数据。 一个线程发送数据到输出管道，另一个线程从输入管道中读数据。 通过使用管道，实现不同线程间的通信，而无须借助于类似临时文件之类的东西。

在Java的JDK中提供了4个类来使线程间可以进行通信：

1）PipedInputStream和PipedOutputStream

2）PipedReader和PipedWriter