多条线程之间数据交互

下面介绍5种线程间数据交互的方式，他们的使用处景各有不同。

1. volatile、synchronized关键字
PS：关于volatile的详细介绍请移步至：Java并发编程的艺术(3)——volatile

1.1 如何实现通讯？
这两种方式都采取了同步机制实现多条线程间的数据通讯。与其说是“通讯”，倒不如说是“同享变量”来的恰当。当1个同享变量被volatile修饰 或 被同步块包裹后，他们的读写操作都会直接操作同享内存，从而各个线程都能看到同享变量最新的值，也就是实现了内存的可见性。

1.2 特点
这类方式本质上是“同享数据”，而非“传递数据”；只是从结果来看，数据好像是从写线程传递到了读线程；
这类通讯方式没法指定特定的接收线程。当数据被修改后究竟哪条线程最早访问到，这由操作系统随机决定。
总的来讲，这类方式其实不是真正意义上的“通讯”，而是“同享”。
1.3 使用处景
这类方式能“传递”变量。当需要传递1些公用的变量时就能够使用这类方式。如：传递boolean flag，用于表示状态、传递1个存储所有任务的队列等。

1.4 例子
用这类方式实现线程的开关控制。

// 用于控制线程当前的履行状态 private volatile boolean running = false; // 开启1条线程 Thread thread = new Thread(new Runnable(){ void run(){ // 开关 while(!running){ Thread.sleep(1000); } // 履行线程任务 doSometing(); } }).start(); // 开始履行 public void start(){ running = true; }
2. 等待/通知机制
2.1 如何实现？
等待/通知机制的实现由Java完成，我们只需调用Object类的几个方法便可。

wait()：将当前线程的状态改成“等待态”，加入等待队列，释放锁；直到当前线程产生中断或调用了notify方法，这条线程才会被从等待队列转移到同步队列，此时可以开始竞争锁。
wait(long)：和wait()功能1样，只不过量了个超时动作。1旦超时，就会继续履行wait以后的代码，它不会抛超时异常！
notify()：将等待队列中的1条线程转移到同步队列中去。
notifyAll()：将等待队列中的所有线程都转移到同步队列中去。
2.2 注意点
以上方法都必须放在同步块中；
并且以上方法都只能由所处同步块的锁对象调用；
锁对象A.notify()/notifyAll()只能唤醒由锁对象A wait的线程；
调用notify/notifyAll函数后仅仅是将线程从等待队列转移到阻塞队列，只有当该线程竞争到锁后，才能从wait方法中返回，继续履行接下来的代码；
2.3 QA
为何wait必须放在同步块中调用？
由于等待/通知机制需要和同享状态变量配合使用，1般是先检查状态，若状态为true则履行wait，即包括“先检查后履行”，因此需要把这1进程加锁，确保其原子履行。
举个例子：
// 同享的状态变量 boolean flag = false; // 线程1 Thread t1 = new Thread(new Runnable(){ public void run(){ while(!flag){ wait(); } } }).start(); // 线程2 Thread t2 = new Thread(new Runnable(){ public void run(){ flag = true; notifyAll(); } }).start();
上述例子thread1未加同步。当thread1履行到while那行后，判断其状态为true，此时若产生上下文切换，线程2开始履行，并1口气履行完了；此时flag已是true，但是thread1继续履行，遇到wait后便进入等待态；但此时已没有线程能唤醒它了，因此就1直等待下去。

为何notify需要加锁？且必须和wait使用同1把锁？
首先，加锁是为了保证同享变量的内存可见性，让它产生修改后能直接写入同享内存，好让wait所处的线程立即看见。
其次，和wait使用同1把锁是为了确保wait、notify之间的互斥，即：同1时刻，只能有其中1条线程履行。

为何必须使用同步块的锁对象调用wait函数？
首先，由于wait会释放锁，因此通过锁对象调用wait就是告知wait释放哪一个锁。
其次，告知线程，你是在哪一个锁对象上等待的，只有当该锁对象调用notify时你才能被唤醒。

为何必须使用同步块的锁对象调用notify函数？
告知notify，只唤醒在该锁对象上等待的线程。

2.4 代码实现
等待/通知机制用于实现生产者和消费者模式。

生产者
synchronized(锁A){ flag = true;// 或：list.add(xx); 锁A.notify(); }
消费者
synchronized(锁A){ // 不满足条件 while(!flag){ // 或：list.isEmpty() 锁A.wait(); } // doSometing…… }
2.5 超时等待模式
在之前的生产者-消费者模式中，如果生产者没有发出通知，那末消费者将永久等待下去。为了不这类情况，我们可以给消费者增加超时等待功能。该功能依托于wait(long)方法，只需在wait前的检查条件中增加超时标识位，实现以下：

public void get(long mills){ synchronized( list ){ // 不加超时功能 if ( mills <= 0 ) { while( list.isEmpty() ){ list.wait(); } } // 添加超时功能 else { boolean isTimeout = false; while(list.isEmpty() && isTimeout){ list.wait(mills); isTimeout = true; } // doSometing…… } } }
3. 管道流
3.1 作用
管道流用于在两个线程之间进行字节流或字符流的传递。

3.2 特点
管道流的实现依托PipedOutputStream、PipedInputStream、PipedWriter、PipedReader。分别对应字节流和字符流。
他们与IO流的区分是：IO流是在硬盘、内存、Socket之间活动，而管道流仅在内存中的两条线程间活动。
3.3 实现
步骤以下：
1. 在1条线程中分别创建输入流和输出流；
2. 将输入流和输出留连接起来；
3. 将输入流和输出流分外传递给两条线程；
4. 调用read和write方法就能够实现线程间通讯。

// 创建输入流与输出流对象 PipedWriter out = new PipedWriter(); PipedReader in = new PipedReader(); // 连接输入输出流 out.connect(in); // 创建写线程 class WriteThread extends Thread{ private PipedWriter out; public WriteThread(PipedWriter out){ this.out = out; } public void run(){ out.write("hello concurrent world!"); } } // 创建读线程 class ReaderThread extends Thread{ private PipedReader in; public ReaderThread(PipedReader in){ this.in = in; } public void run(){ in.read(); } } //
4. join
4.1 作用
join能将并发履行的多条线程串行履行；
join函数属于Thread类，通过1个thread对象调用。当在线程B中履行threadA.join()时，线程B将会被阻塞(底层调用wait方法)，等到threadA线程运行结束后才会返回join方法。
被等待的那条线程可能会履行很长时间，因此join函数会抛出InterruptedException。当调用threadA.interrupt()后，join函数就会抛出该异常。
4.2 实现
public static void main(String[] args){ // 开启1条线程 Thread t = new Thread(new Runnable(){ public void run(){ // doSometing } }).start(); // 调用join，等待t线程履行终了 try{ t.join(); }catch(InterruptedException e){ // 中断处理…… } }