線程系列3--Java線程同步通信技術

? ? ? ?上一篇文章我們講解了線程間的互斥技術，使用關鍵字synchronize來實現線程間的互斥技術。根據不同的業務情況，我們可以選擇某一種互斥的方法來實現線程間的互斥調用。例如：自定義對象實現互斥（synchronize("自定義對象"){}），同一個類實例對象（synchronize(this){}）,類的字節碼對象（synchronize(字節碼對象){}）。這三種方法均可實現線程間的互斥，我們實際運用中靈活使用。

下面進入今天的正題：線程--線程間的同步通信技術；我們還是以傳智播客中的代碼為例來講解，子線程運行10次，主線程運行10次，如此交替運行50次。

首先看不適用同步技術時的問題代碼：

public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=1;i<=50;i++){for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("子線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}}}}).start();for(int i=1;i<=50;i++){for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("主線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}}
}

上面代碼的運行結果可知，子線程與主線程間是雜亂無章的運行，顯然不能滿足我的要求。那我們來稍作調整。代碼如下：

public class ThreadSynchronizedTechnology {public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=1;i<=50;i++){
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//使用類的字節碼作為互斥對象synchronized(ThreadSynchronizedTechnology.class){for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("子線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}}}}}).start();for(int i=1;i<=50;i++){synchronized(ThreadSynchronizedTechnology.class){for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("主線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}}}}}

上面的代碼我們使用類的字節碼作為互斥對象，顯然程序不再是雜亂無章的運行，子線程與主線程都能完整的運行完，但是沒有實現我們要求的交替運行，不要急我接著調整，我非常喜歡張孝祥老師循序漸進的講課方式（我不是托，是發自內心的），下面我們接著調整：

public class ThreadSynchronizedTechnology {public static void main(String[] args) {final Songzl song = new Songzl();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=1;i<=50;i++){song.sub(i);}}}).start();for(int i=1;i<=50;i++){song.main(i);}}
}
class Songzl{//子線程運行的方法public void sub(int i){synchronized(Songzl.class){for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("子線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}}}//主線程運行的方法public void main(int i){synchronized(Songzl.class){for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("主線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}}}
}

打印結果依然不是交替運行，我調成這樣是為了體現編程的面向對象思想，將相關聯的方法封裝到同一個類中，方便代碼運維。我們接著調整代碼：

public class ThreadSynchronizedTechnology {public static void main(String[] args) {final Songzl song = new Songzl();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=1;i<=50;i++){song.sub(i);}}}).start();for(int i=1;i<=50;i++){song.main(i);}}
}
class Songzl{//實現線程同步通信，互斥的方法共享次變量private boolean jiaoti = true;//子線程運行的方法:同一個類中方法互斥，類似與synchronized(this){}public synchronized void sub(int i) {if(!jiaoti){try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("子線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}jiaoti = false;this.notify();}//主線程運行的方法:同一個類中方法互斥，類似與synchronized(this){}public synchronized void main(int i){if(jiaoti){try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("主線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}jiaoti = true;this.notify();}
}

打印結果可見，已經實現子線程和主線程有條不紊的交替運行，線程間既能互斥，同時又可以相互同步通信運行；線程的互斥是通過synchronized實現的，線程間的同步通信是兩個線程間共同持有一個變量來實現的。但是線程有一個“假喚醒”的情況，雖然發生率低，但是我們不能忽略，繼續調整代碼：

public class ThreadSynchronizedTechnology {public static void main(String[] args) {final Songzl song = new Songzl();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for(int i=1;i<=50;i++){song.sub(i);}}}).start();for(int i=1;i<=50;i++){song.main(i);}}
}
class Songzl{//實現線程同步通信，互斥的方法共享次變量private boolean jiaoti = true;//子線程運行的方法:同一個類中方法互斥，類似與synchronized(this){}public synchronized void sub(int i) {//避免線程的假喚醒while(!jiaoti){try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("子線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}jiaoti = false;this.notify();}//主線程運行的方法:同一個類中方法互斥，類似與synchronized(this){}public synchronized void main(int i){//避免線程的假喚醒while(jiaoti){try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}for(int j=1;j<=10;j++){System.out.println("主線程:"+Thread.currentThread().getName()+"運行第"+i+"次，重復第"+j+"次");}jiaoti = true;this.notify();}
}

我們使用while循環來避免這種假喚醒的情況，當CPU任性的給與不該執行的線程、或者線程神經病的自己喚醒自己，我們可以使用while循環來避免上述情況。好了到此為止，代碼已經完全滿足我們的需求了。通過上面代碼的循序漸進，我們很容易理解線程間的同步與互斥技術。

總結：線程之間的制約關系？

?????? 當線程并發執行時，由于資源共享和線程協作，使用線程之間會存在以下兩種制約關系。

???? （1）間接相互制約。一個系統中的多個線程必然要共享某種系統資源，如共享CPU，共享I/O設備，所謂間接相互制約即源于這種資源共享，打印機就是最好的例子，線程A在使用打印機時，其它線程都要等待。

???? （2）直接相互制約。這種制約主要是因為線程之間的合作，如有線程A將計算結果提供給線程B作進一步處理，那么線程B在線程A將數據送達之前都將處于阻塞狀態。

?????? 間接相互制約可以稱為互斥，直接相互制約可以稱為同步，對于互斥可以這樣理解，線程A和線程B互斥訪問某個資源則它們之間就會產個順序問題——要么線程A等待線程B操作完畢，要么線程B等待線程操作完畢，這其實就是線程的同步了。因此同步包括互斥，互斥其實是一種特殊的同步。

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