Java多线程学习（五）线程间通信知识点补充

mating 发布于2019-08-15 15:30 / 645人阅读

摘要：我们通过之前几章的学习已经知道在线程间通信用到的关键字关键字以及等待通知机制。今天我们就来讲一下线程间通信的其他知识点管道输入输出流的使用的使用。将当前线程的此线程局部变量的副本设置为指定的值删除此线程局部变量的当前线程的值。

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Java多线程学习（一）Java多线程入门

Java多线程学习（二）synchronized关键字（1）

java多线程学习（二）synchronized关键字（2）

Java多线程学习（三）volatile关键字

Java多线程学习（四）等待/通知（wait/notify）机制

Java多线程学习（五）线程间通信知识点补充

Java多线程学习（六）Lock锁的使用

Java多线程学习（七）并发编程中一些问题

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我们通过之前几章的学习已经知道在线程间通信用到的synchronized关键字、volatile关键字以及等待/通知（wait/notify）机制。今天我们就来讲一下线程间通信的其他知识点：管道输入/输出流、Thread.join()的使用、ThreadLocal的使用。

一管道输入/输出流

管道输入/输出流和普通文件的输入/输出流或者网络输入、输出流不同之处在于管道输入/输出流主要用于线程之间的数据传输，而且传输的媒介为内存。

管道输入/输出流主要包括下列两类的实现：

面向字节： PipedOutputStream、 PipedInputStream

面向字符: PipedWriter、 PipedReader

1.1 第一个管道输入/输出流实例

完整代码：https://github.com/Snailclimb/threadDemo/tree/master/src/pipedInputOutput

writeMethod方法

    public void writeMethod(PipedOutputStream out) {
        try {
            System.out.println("write :");
            for (int i = 0; i < 300; i++) {
                String outData = "" + (i + 1);
                out.write(outData.getBytes());
                System.out.print(outData);
            }
            System.out.println();
            out.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

readMethod方法

    public void readMethod(PipedInputStream input) {
        try {
            System.out.println("read  :");
            byte[] byteArray = new byte[20];
            int readLength = input.read(byteArray);
            while (readLength != -1) {
                String newData = new String(byteArray, 0, readLength);
                System.out.print(newData);
                readLength = input.read(byteArray);
            }
            System.out.println();
            input.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

测试方法

    public static void main(String[] args) {

        try {
            WriteData writeData = new WriteData();
            ReadData readData = new ReadData();

            PipedInputStream inputStream = new PipedInputStream();
            PipedOutputStream outputStream = new PipedOutputStream();

            // inputStream.connect(outputStream);
            outputStream.connect(inputStream);

            ThreadRead threadRead = new ThreadRead(readData, inputStream);
            threadRead.start();

            Thread.sleep(2000);

            ThreadWrite threadWrite = new ThreadWrite(writeData, outputStream);
            threadWrite.start();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

我们上面定义了两个方法writeMethod和readMethod,前者用于写字节/字符（取决于你用的是PipedOuputStream还是PipedWriter），后者用于读取字节/字符（取决于你用的是PipedInputStream还是PipedReader）.我们定义了两个线程threadRead和threadWrite ，threadRead线程运行readMethod方法，threadWrite运行writeMethod方法。然后通过outputStream.connect(inputStream)或inputStream.connect(outputStream)使两个管道流产生链接，这样就可以将数据进行输入与输出了。

运行结果：

二 Thread.join()的使用

在很多情况下，主线程生成并起动了子线程，如果子线程里要进行大量的耗时的运算，主线程往往将于子线程之前结束，但是如果主线程处理完其他的事务后，需要用到子线程的处理结果，也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束，这个时候就要用到join()方法了。另外，一个线程需要等待另一个线程也需要用到join()方法。

Thread类除了提供join()方法之外，还提供了join(long millis)、join(long millis, int nanos)两个具有超时特性的方法。这两个超时方法表示，如果线程thread在指定的超时时间没有终止，那么将会从该超时方法中返回。

2.1 join方法使用

不使用join方法的弊端演示：

Test.java

public class Test {

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

        MyThread threadTest = new MyThread();
        threadTest.start();

        //Thread.sleep(?);//因为不知道子线程要花的时间这里不知道填多少时间
        System.out.println("我想当threadTest对象执行完毕后我再执行");
    }
    static public class MyThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("我想先执行");
        }

    }
}

运行结果：

可以看到子线程中后被执行，这里的例子只是一个简单的演示，我们想一下：假如子线程运行的结果被主线程运行需要怎么办？ sleep方法？ 当然可以，但是子线程运行需要的时间是不确定的，所以sleep多长时间当然也就不确定了。这里就需要使用join方法解决上面的问题。

使用join方法解决上面的问题：

Test.java

public class Test {

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

        MyThread threadTest = new MyThread();
        threadTest.start();

        //Thread.sleep(?);//因为不知道子线程要花的时间这里不知道填多少时间
        threadTest.join();
        System.out.println("我想当threadTest对象执行完毕后我再执行");
    }
    static public class MyThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("我想先执行");
        }

    }
}

上面的代码仅仅加上了一句：threadTest.join();。在这里join方法的作用就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束。

2.2 join(long millis)方法的使用

join(long millis)中的参数就是设定的等待时间。

JoinLongTest.java

public class JoinLongTest {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            MyThread threadTest = new MyThread();
            threadTest.start();

            threadTest.join(2000);// 只等2秒
            //Thread.sleep(2000);

            System.out.println("  end timer=" + System.currentTimeMillis());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static public class MyThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("begin Timer=" + System.currentTimeMillis());
                Thread.sleep(10000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

运行结果：

不管是运行threadTest.join(2000)还是Thread.sleep(2000)， “end timer=1522036620288”语句的输出都是间隔两秒，“end timer=1522036620288”语句输出后该程序还会运行一段时间，因为线程中的run方法中有Thread.sleep(10000)语句。

另外threadTest.join(2000) 和Thread.sleep(2000) 和区别在于： Thread.sleep(2000)不会释放锁，threadTest.join(2000)会释放锁 。

三 ThreadLocal的使用

变量值的共享可以使用public static变量的形式，所有线程都使用一个public static变量。如果想实现每一个线程都有自己的共享变量该如何解决呢？JDK中提供的ThreadLocal类正是为了解决这样的问题。ThreadLocal类主要解决的就是让每个线程绑定自己的值，可以将ThreadLocal类形象的比喻成存放数据的盒子，盒子中可以存储每个线程的私有数据。

再举个简单的例子：
比如有两个人去宝屋收集宝物，这两个共用一个袋子的话肯定会产生争执，但是给他们两个人每个人分配一个袋子的话就不会出现这样的问题。如果把这两个人比作线程的话，那么ThreadLocal就是用来这两个线程竞争的。

ThreadLocal类相关方法：
| 方法名称 | 描述 |
| :-------- | --------:|
| get() | 返回当前线程的此线程局部变量的副本中的值。 |
| set(T value) | 将当前线程的此线程局部变量的副本设置为指定的值 |
| remove() | 删除此线程局部变量的当前线程的值。|
| initialValue() | 返回此线程局部变量的当前线程的“初始值” |

3.1 ThreadLocal类的初试

Test1.java

public class Test1 {
    public static ThreadLocal t1 = new ThreadLocal();

    public static void main(String[] args) {
        if (t1.get() == null) {
            System.out.println("为ThreadLocal类对象放入值:aaa");
            t1.set("aaaֵ");
        }
        System.out.println(t1.get());
        System.out.println(t1.get());
    }

}

从运行结果可以看出，第一次调用ThreadLocal对象的get()方法时返回的值是null,通过调用set()方法可以为ThreadLocal对象赋值。

如果想要解决get()方法null的问题，可以使用ThreadLocal对象的initialValue方法。如下：

Test2.java

public class Test2 {
    public static ThreadLocalExt t1 = new ThreadLocalExt();

    public static void main(String[] args) {
        if (t1.get() == null) {
            System.out.println("从未放过值");
            t1.set("我的值");
        }
        System.out.println(t1.get());
        System.out.println(t1.get());
    }
    static public class ThreadLocalExt extends ThreadLocal {
        @Override
        protected Object initialValue() {
            return "我是默认值 第一次get不再为null";
        }
    }


}

3.2 验证线程变量间的隔离性

Test3.java

/**
 *TODO 验证线程变量间的隔离性
 */
public class Test3 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("       在Main线程中取值=" + Tools.tl.get());
                Thread.sleep(100);
            }
            Thread.sleep(5000);
            ThreadA a = new ThreadA();
            a.start();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    static public class Tools {
        public static ThreadLocalExt tl = new ThreadLocalExt();
    }
    static public class ThreadLocalExt extends ThreadLocal {
        @Override
        protected Object initialValue() {
            return new Date().getTime();
        }
    }

    static public class ThreadA extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.println("在ThreadA线程中取值=" + Tools.tl.get());
                    Thread.sleep(100);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

从运行结果可以看出子线程和父线程各自拥有各自的值。

运行结果：

3.3 InheritableThreadLocal

ThreadLocal类固然很好，但是子线程并不能取到父线程的ThreadLocal类的变量，InheritableThreadLocal类就是解决这个问题的。

取父线程的值：

修改Test3.java的内部类Tools 和ThreadLocalExt类如下：

 static public class Tools {
        public static InheritableThreadLocalExt tl = new InheritableThreadLocalExt();
    }
    static public class InheritableThreadLocalExt extends InheritableThreadLocal {
        @Override
        protected Object initialValue() {
            return new Date().getTime();
        }
    }

运行结果：

取父线程的值并修改：

修改Test3.java的内部类Tools 和InheritableThreadLocalExt类如下：

    static public class Tools {
        public static InheritableThreadLocalExt tl = new InheritableThreadLocalExt();
    }
    static public class InheritableThreadLocalExt extends InheritableThreadLocal {
        @Override
        protected Object initialValue() {
            return new Date().getTime();
        }

        @Override
        protected Object childValue(Object parentValue) {
            return parentValue + " 我在子线程加的~!";
        }
    }

运行结果：

在使用InheritableThreadLocal类需要注意的一点是：如果子线程在取得值的同时，主线程将InheritableThreadLocal中的值进行更改，那么子线程取到的还是旧值。

参考：

《Java多线程编程核心技术》

《Java并发编程的艺术》

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