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面试官:线程是如何通讯的?

时间:2023-08-07 10:01:22浏览次数:38  
标签:面试官 通讯 lock Object LockSupport 线程 唤醒 Condition

线程通信是指多个线程之间通过某种机制进行协调和交互,例如,线程等待和通知机制就是线程通讯的主要手段之一。

在 Java 中,线程等待和通知的实现手段有以下几种方式:

  1. Object 类下的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法;
  2. Condition 类下的 await()、signal() 和 signalAll() 方法;
  3. LockSupport 类下的 park() 和 unpark() 方法。

为什么一个线程等待和通知机制就需要这么多的实现方式呢?别着急,咱们先来看实现,再来说原因。

一、wait/notify/notifyAll

Object 类的方法说明:

  1. wait():让当前线程处于等待状态,并释放当前拥有的锁;
  2. notify():随机唤醒等待该锁的其他线程,重新获取锁,并执行后续的流程,只能唤醒一个线程;
  3. notifyAll():唤醒所有等待该锁的线程(锁只有一把,虽然所有线程被唤醒,但所有线程需要排队执行)。

示例代码如下:

Object lock = new Object();
// 创建线程并执行
new Thread(() -> {
    System.out.println("线程1:开始执行");
    synchronized (lock) {
        try {
            System.out.println("线程1:进入等待");
            lock.wait();
            System.out.println("线程1:继续执行");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("线程1:执行完成");
    }
}).start();

Thread.sleep(1000);
synchronized (lock) {
    // 唤醒线程
    System.out.println("执行 notifyAll()");
    lock.notifyAll();
}

二、await/signal/signalAll

Condition 类的方法说明:

  1. await():对应 Object 的 wait() 方法,线程等待;
  2. signal():对应 Object 的 notify() 方法,随机唤醒一个线程;
  3. signalAll():对应 Object 的 notifyAll() 方法,唤醒所有线程。

示例代码如下:

// 创建 Condition 对象
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition(); // lock 下可创建多个 Condition
// 加锁
lock.lock();
try {
    // 业务方法......
    // 1.进入等待状态
    condition.await();
    // 2.唤醒操作
    condition.signal();
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    lock.unlock();
}

三、park/unpark

LockSupport 类的方法说明:

  1. LockSupport.park():休眠当前线程。
  2. LockSupport.unpark(线程对象):唤醒某一个指定的线程。

PS:LockSupport 无需配锁(synchronized 或 Lock)一起使用。

示例代码如下:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        LockSupport.park();
        System.out.println("线程1");
    }, "线程1");
    t1.start();
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("唤醒线程1");
        LockSupport.unpark(t1);
    }, "线程2");
    t2.start();
}

四、小结

为什么一个线程等待和唤醒的功能需要这么多的实现呢?

  1. LockSupport 存在的必要性:前两种方法 notify 方法以及 signal 方法都是随机唤醒,如果存在多个等待线程的话,可能会唤醒不应该唤醒的线程,因此有 LockSupport 类下的 park 和 unpark 方法指定唤醒线程是非常有必要的。
  2. Condition 存在的必要性:Condition 相比于 Object 类的 wait 和 notify/notifyAll 方法,前者可以创建多个等待集,例如,我们可以创建一个生产者等待唤醒对象,和一个消费者等待唤醒对象,这样我们就能实现生产者只能唤醒消费者,而消费者只能唤醒生产者的业务逻辑了,如下代码所示:
// 创建 Condition 对象
private Lock lock = new ReentrantLock();
// 生产者的 Condition 对象
private Condition producerCondition = lock.newCondition();
// 本篇内容出自磊哥《Java面试突击训练营》 VX:GG_Stone
// 消费者的 Condition 对象
private Condition consumerCondition = lock.newCondition();

也就是 Condition 是 Object 等待唤醒模型的升级,Object 类可以实现的功能它都能实现,但 Condition 能实现的功能,Object 却不能实现,这就是 Condition 类存在的必要性。

那问题来了,为什么还有会 Object 的 wait 和 notify 方法呢? 因为 Object 类诞生的比较早,也就是说 Condition 和 LockSupport 都是 JDK 后期版本才出现的功能,所以就有了现在这么多线程唤醒和等待的方法了。

标签:面试官,通讯,lock,Object,LockSupport,线程,唤醒,Condition
From: https://blog.51cto.com/vipstone/6991055

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