Java多线程学习（五）线程间通信知识点补充

我自己总结的Java学习的系统知识点以及面试问题，目前已经开源，会一直完善下去，欢迎建议和指导欢迎Star： https://github.com/Snailclimb/Java-Guide

本节思维导图：

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<font color="red">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</font>。

Thread类除了提供<font color="red">join()方法</font>之外，还提供了<font color="red">join(long millis)、join(long millis, int nanos)</font>两个具有超时特性的方法。<font color="red">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</font>。

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：<font color="red"> Thread.sleep(2000)不会释放锁，threadTest.join(2000)会释放锁 </font>。

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。<font color="red">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？</font>JDK中提供的<font color="red">ThreadLocal类</font>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

<font size="2">Test1.java</font>

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

    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());//aaa
        System.out.println(t1.get());//aaa
    }

}

从运行结果可以看出，第一次调用ThreadLocal对象的<font color="red">get()方法</font>时返回的值是null,通过调用<font color="red">set()方法</font>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<font color="red">initialValue方法</font>。如下：

<font size="2">Test2.java</font>

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

<font size="2">Test3.java</font>

/**
 *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。

<font size="2">运行结果：</font>

3.3 InheritableThreadLocal

<font color="red">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</font>。

<font color="red">取父线程的值：</font>

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();
        }
    }

<font size="2">运行结果：</font>

<font color="red">取父线程的值并修改：</font>

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~!";
        }
    }

<font size="2">运行结果：</font>

在使用InheritableThreadLocal类需要注意的一点是：<font color="red">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</font>。

参考：

《Java多线程编程核心技术》

《Java并发编程的艺术》