如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

如何在Java中创建线程通信的四种方式你知道吗

目录1.1 创建线程1.1.1 创建线程的四种方式1.1.2 Thread类与Runnable接口的比较1.1.3 Callable、Future与FutureTask1.2 线程组和线程优先级1.3 java线程的状态及主要转化方法1.4 Java线程间的通信1.4.1 等待/通知机制1.4.2 信号量1.4.3 管道总结

1.1 创建线程

1.1.1 创建线程的四种方式

【1】继承Thread类

【2】实现Runnable接口

【3】实现Callable，获取返回值

【4】实现FutureTask类

Thread类是一个Runnable接口的实现类，Thread类中通过调用私有的init来实现初始化。

g：线程组

target：实现Runnable接口的线程处理类

name：线程名称，如果没有指定则默认Thread-随机数

stackSize：线程初始栈大小

1.1.2 Thread类与Runnable接口的比较

1：由于Java“单继承，多实现”的特性，Runnable接口使用起来比Thread更灵活。

2：Runnable接口出现更符合面向对象，将线程单独进行对象的封装。

3：Runnable接口出现，降低了线程对象和线程任务的耦合性。

4：如果使用线程时不需要使用Thread类的诸多方法，显然使用Runnable接口更为轻量。Thread是扩展了Runnable接口的对象。

1.1.3 Callable、Future与FutureTask

使用Runnable和Thread来创建一个新的线程。但是它们有一个弊端，就是run方法是没有返回值的。而有时候我们希望开启一个线程去执行一个任务，并且这个任务执行完成后有一个返回值。

@FunctionalInterface

public interface Callable {

/**

* 处理任务并返回一个结果

*

* @return computed result

* @throws Exception if unable to compute a result

*/

V call() throws Exception;

}

Callable一般是配合线程池工具ExecutorService来使用的。ExecutorService可以使用submit方法来让一个Callable接口执行。它会返回一个Future，我们通过

Future.get()就可以获取线程执行的返回结果了。

1.2 线程组和线程优先级

Java中用ThreadGroup来表示线程组，我们可以使用线程组对线程进行批量控制。

ThreadGroup和Thread的关系就如同他们的字面意思一样简单粗暴，每个Thread必然存在于一个ThreadGroup中，Thread不能独立于ThreadGroup存在。执行main()方法线程的名字是main，如果在new Thread时没有显式指定，那么默认将父线程（当前执行new Thread的线程）线程组设置为自己的线程组。

ThreadGroup管理着它下面的Thread，ThreadGroup是一个标准的向下引用的树状结构，这样设计的原因是防止”上级”线程被”下级”线程引用而无法有效地被GC回收。

Java中线程优先级可以指定，范围是1~10。但是并不是所有的操作系统都支持10级优先级的划分（比如有些操作系统只支持3级划分：低，中，高），Java只是给操作系统一个优先级的参考值，线程最终在操作系统的优先级是多少还是由操作系统决定。

Java默认的线程优先级为5，线程的执行顺序由调度程序来决定，线程的优先级会在线程被调用之前设定。

通常情况下，高优先级的线程将会比低优先级的线程有更高的几率得到执行。我们使用方法Thread类的setPriority()实例方法来设定线程的优先级。

Java中的优先级来说不是特别的可靠，Java程序中对线程所设置的优先级只是给操作系统一个建议，操作系统不一定会采纳。而真正的调用顺序，是由操作系统的线程调度算法决定的。

Java提供一个线程调度器来监视和控制处于RUNNABLE状态的线程。线程的调度策略采用抢占式，优先级高的线程比优先级低的线程会有更大的几率优先执行。在优先级相同的情况下，按照“先到先得”的原则。每个Java程序都有一个默认的主线程，就是通过JVM启动的第一个线程main线程。

还有一种线程称为守护线程（Daemon），守护线程默认的优先级比较低。

如果某线程是守护线程，那如果所有的非守护线程结束，这个守护线程也会自动结束。

应用场景是：当所有非守护线程结束时，结束其余的子线程（守护线程）自动关闭，就免去了还要继续关闭子线程的麻烦。

一个线程默认是非守护线程，可以通过Thread类的setDaemon(boolean on)来设置。

【一个线程必然存在于一个线程组中，那么当线程和线程组的优先级不一致的时候将会怎样呢？】

public static void main(String[] args) {

ThreadGroup thrhttp://eadGroup = new ThreadGroup("t1");

threadGroup.setMaxPriority(6);

Thread thread = new Thread(threadGroup,"thread");

thread.setPriority(9);

System.out.println("我是线程组的优先级"+threadGroup.getMaxPriority());

System.out.println("我是线程的优先级"+thread.getPriority());

}

所以，如果某个线程优先级大于线程所在线程组的最大优先级，那么该线程的优先级将会失效，取而代之的是线程组的最大优先级。

1.3 Java线程的状态及主要转化方法

Enum Thread.State

【1】反复调用同一个线程的start()方法是否可行？

【2】假如一个线程执行完毕（此时处于TERMINATED状态），再次调用这个线程的start()方法是否可行？

查看Thread类中start()方法源码，代码如下

public synchronized void start() {

//threadStatus表示处于NEW状态的线程

if (threadStatus != 0)

throw new IllegalThreadStateException();

//通知当前线程的线程组这个线程将要启动，并添加当前线程到线程组中

//当前线程组未启动线程数减少

group.add(this);

boolean started = false;

try {

start0();

started = true;

} finally {

try {

//处理启动失败的线程

if (!started) {

group.threadStartFailed(this);

}

} catch (Throwable ignore) {

}

}

}

//本地方法执行线程的实际启动流程

private native void start0();

在start()内部，这里有一个threadStatus的变量。如果它不等于0，调用start()是会直接抛出异常的。

我是在start()方法内部的最开始打的断点，叙述下在我这里打断点看到的结果：

测试代码如下

@Test

public void testThreadState(){

Thread thread = new Thread(()->{

System.out.println("Thread Run...");

});

thread.start();

thread.start();

}

第一个 thread.start();执行情况如下

第二个 thread.start();执行情况如下

两个问题的答案都是不可行，在调用一次start()之后，threadStatus的值会改变（threadStatus !=0），此时再YoyYb次调用start()方法会抛出IllegalThreadStateException异常。

比如，threadStatus为2代表当前线程状态为TERMINATED。

1.4 Java线程间的通信

线程同步是线程之间按照一定的顺序执行。

1.4.1 等待/通知机制

Java多线程的等待/通知机制是基于Object类的wait()方法和notify(), notifyAll()方法来实现的。

notify()方法会随机叫醒一个正在等待的线程，而notifyAll()会叫醒所有正在等待的线程。

1.4.2 信号量

JDK提供了一个类似于“信号量”功能的类Semaphore。但本文不是要介绍这个类，而是介绍一种基于volatile关键字的自己实现的信号量通信。

volitile关键字能够保证内存的可见性，如果用volitile关键字声明了一个变量，在一个线程里面改变了这个变量的值，那其它线程是立马可见更改后的值的。

【需求】让线程1输出0，然后线程2输出1，再然后线程A输出2…以此类推。我应该怎样实现呢？

private static Object lock=new Object();

private static volatile int sign=0;

static class MyThread1 implements Runnable{

@SneakyThrows

@Override

YoyYb public void run() {

while (sign<5){

if (sign%2==0){

System.out.println("线程1--->"+sign);

synchronized (lock){

sign++;

}

}

}

}

}

static class MyThread2 implements Runnable{

@Override

public void run() {

while (sign<5){

if (sign%2!=0){

System.out.println("线程2--->"+sign);

synchronized (lock){

sign++;

}

}

}

}

}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

Thread threadA = new Thread(new MyThread1());

Thread threadB = new Thread(new MyThread2());

threadA.start();

threadB.start();

Thread.sleep(4000);

}

注意：

上面使用了一个volatile变量signal来实现了“信号量”的模型。但是volatile仅仅只线程可见的，signal++并不是一个原子操作，所以我们需要使用synchronized给它“上锁”

1.4.3 管道

管道是基于“管道流”的通信方式。JDK提供了PipedWriter、 PipedReader、 PipedOutputStream、 PipedInputStream。其中，前面两个是基于字符的，后面两个是基于字节流的。

public class PipeExample {

/**

* 构建一个管道读的线程

*/

static class ReaderThread implements Runnable{

private PipedReader pipedReader;

public ReaderThread(PipedReader pipedReader) {

this.pipedReader = pipedReader;

}

@Override

public void run() {

int count=0;

try

{//接收并输出流

while ((count= pipedReader.read())!=-1){

System.out.println((char)count);

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

/**

* 构建一个写入管道流的线程

*/

static class WriterThread implements Runnable {

private PipedWriter writer;

public WriterThread(PipedWriter writer) {

this.writer = writer;

}

@SneakyThrows

@Override

public void run() {

try {

writer.write("qwertyui");

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}finally {

//写入管道的流必须关闭

writer.close();

}

}

}

public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

PipedWriter writer = new PipedWriter();

PipedReader reader = new PipedReader();

// 这里注意一定要连接，才能通信

writer.connect(reader);

new Thread(new ReaderThread(reader)).start();

Thread.sleep(1000);

new Thread(new WriterThread(writer)).start();

}

}

我们通过线程的构造函数，传入了PipedWrite和PipedReader对象。可以简单分析一下这个示例代码的执行流程：

1：线程ReaderThread开始执行

2：线程ReaderThread使用管道reader.read()进入”阻塞“

3：线程WriterThread开始执行

4：线程WriterThread用writer.write(“XXXX”)往管道写入字符串

5：线程WriterThread使用writer.close()结束管道写入，并执行完毕

6：线程ReaderThread接受到管道输出的字符YoyYb串并打印

7：线程ReaderThread执行完毕

管道通信的应用场景：使用管道多半与I/O流相关。当我们一个线程需要先另一个线程发送一个信息（比如字符串）或者文件等等时，就需要使用管道通信了。

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容！

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