Java多线程编程：数据通信方式的探索与应用

2023-10-19 01:42:57

Java 多线程编程：探索线程间数据通信的途径

多线程编程是 Java 中的一项强大技术，它允许程序员创建并发执行任务的应用程序，从而提高性能和效率。线程间数据通信是多线程编程的关键方面，本文将深入探讨 Java 中用于实现这一目标的各种方法。

共享变量：简单但风险

共享变量是最直接的数据通信方式。多个线程可以访问同一变量，实现数据共享。然而，此方法存在风险，因为同时访问可能会导致数据不一致。

// 共享变量示例
int sharedVariable = 0;

// 线程 1
Thread t1 = new Thread(() -> {
    sharedVariable++;
});

// 线程 2
Thread t2 = new Thread(() -> {
    sharedVariable--;
});

t1.start();
t2.start();

// 主线程等待线程完成
t1.join();
t2.join();

// 输出最终值
System.out.println(sharedVariable); // 可能输出 0、1 或 -1，取决于线程执行顺序

锁：保护共享变量

锁提供了同步机制，它一次只允许一个线程访问共享变量。内置锁（使用 synchronized）和显式锁（使用 Lock 接口）是 Java 中锁的两种主要类型。

// 带锁的共享变量示例
Object lock = new Object();

int sharedVariable = 0;

// 线程 1
Thread t1 = new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        sharedVariable++;
    }
});

// 线程 2
Thread t2 = new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        sharedVariable--;
    }
});

t1.start();
t2.start();

// 主线程等待线程完成
t1.join();
t2.join();

// 输出最终值，始终为 0
System.out.println(sharedVariable);

线程安全：避免数据不一致

线程安全确保类或方法在多线程环境中使用时不会导致数据不一致。可以通过使用锁或 volatile 来实现线程安全。volatile 关键字保证变量的可见性和原子性。

// 线程安全的共享变量示例
volatile int sharedVariable = 0;

// 线程 1
Thread t1 = new Thread(() -> {
    sharedVariable++;
});

// 线程 2
Thread t2 = new Thread(() -> {
    sharedVariable--;
});

t1.start();
t2.start();

// 主线程等待线程完成
t1.join();
t2.join();

// 输出最终值，始终为 0
System.out.println(sharedVariable);

等待、通知和通知全部：线程之间的协作

wait、notify 和 notifyAll 方法允许线程等待或通知其他线程。wait 使线程进入等待状态，直到收到 notify 或 notifyAll 信号。notify 唤醒一个等待线程，而 notifyAll 唤醒所有等待线程。

// 等待、通知和 notifyAll 示例
Object lock = new Object();

int sharedVariable = 0;

// 线程 1
Thread t1 = new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        while (sharedVariable == 0) {
            try {
                lock.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        sharedVariable--;
    }
});

// 线程 2
Thread t2 = new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        sharedVariable++;
        lock.notify();
    }
});

t1.start();
t2.start();

// 主线程等待线程完成
t1.join();
t2.join();

// 输出最终值，为 -1
System.out.println(sharedVariable);