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概念

用多线程的目的：更好的利用CPU的资源。因为所有的多线程代码都可以用单线程来实现。

多线程：指的是这个程序（一个进程）运行时产生了不止一个线程。

并行：多个CPU实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。

并发：通过CPU调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从CPU操作层面不是真正的同时。

线程安全：经常用来描绘一段代码。指在并发的情况下，该代码经过多线程使用，线程的调度顺序不影响任何结果。这个时候使用多线程，我们只需要关注系统的内存，CPU是不是够用即可。

线程不安全：线程的调度顺序会影响最终结果，如不加事务的转账代码。

同步：Java中的同步指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问称为线程安全，来保证结果的准确。在保证结果准确的同时，提高性能，才是优秀的程序。线程安全的优先级高于性能。

 

原理

                          

        Java的并发采用的是共享变量模型，Java线程之间的通信由Java内存模型控制，JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。线程之间的共享变量存储在主内存中（Main Memory）,每一个线程都有自己的本地内存（Local Memory），本地内存中存储着读/写共享变量的副本。从上图中可以看出，如果线程A与线程B之间要通信的话，必须要经历下面两个步骤：

1、线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

2、线程B到内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

                            

       

        如上图所示，本地内存A和本地内存B由主内存中共享变量x的副本。假设在最开始时，这3个内存中的x值都为0。线程A在执行时，把更新后的x值（假设值为1）临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时，线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存中的x值变为1.随后，线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值，此时线程B的本地内存的x值也变为1。

       从整体上看，这就是线程A在向线程B发送消息，而且这个消息必须经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为Java程序员提供内存可见性保证。

实现

1. 第一种解法，包含多种小的不同实现方式，但一个共同点就是靠一个共享变量来做控制；

a. 利用最基本的synchronized、notify、wait：

public class MethodOne {    private final ThreadToGo threadToGo = new ThreadToGo();    public Runnable newThreadOne() {        final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                try {                    for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2) {                        synchronized (threadToGo) {                            while (threadToGo.value == 2)                                threadToGo.wait();                            Helper.print(arr[i], arr[i + 1]);                            threadToGo.value = 2;                            threadToGo.notify();                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    System.out.println("Oops...");                }            }        };    }    public Runnable newThreadTwo() {        final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                try {                    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                        synchronized (threadToGo) {                            while (threadToGo.value == 1)                                threadToGo.wait();                            Helper.print(arr[i]);                            threadToGo.value = 1;                            threadToGo.notify();                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    System.out.println("Oops...");                }            }        };    }    class ThreadToGo {        int value = 1;    }    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {        MethodOne one = new MethodOne();        Helper.instance.run(one.newThreadOne());        Helper.instance.run(one.newThreadTwo());        Helper.instance.shutdown();    }}

b. 利用Lock和Condition：

public class MethodTwo {    private Lock lock = new ReentrantLock(true);    private Condition condition = lock.newCondition();    private final ThreadToGo threadToGo = new ThreadToGo();    public Runnable newThreadOne() {        final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2) {                    try {                        lock.lock();                        while(threadToGo.value == 2)                            condition.await();                        Helper.print(arr[i], arr[i + 1]);                        threadToGo.value = 2;                        condition.signal();                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    } finally {                        lock.unlock();                    }                }            }        };    }    public Runnable newThreadTwo() {        final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                    try {                        lock.lock();                        while(threadToGo.value == 1)                            condition.await();                        Helper.print(arr[i]);                        threadToGo.value = 1;                        condition.signal();                    } catch (Exception e) {                        e.printStackTrace();                    } finally {                        lock.unlock();                    }                }            }        };    }    class ThreadToGo {        int value = 1;    }    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {        MethodTwo two = new MethodTwo();        Helper.instance.run(two.newThreadOne());        Helper.instance.run(two.newThreadTwo());        Helper.instance.shutdown();    }}

c. 利用volatile：

volatile修饰的变量值直接存在main memory里面，子线程对该变量的读写直接写入main memory，而不是像其它变量一样在local thread里面产生一份copy。volatile能保证所修饰的变量对于多个线程可见性，即只要被修改，其它线程读到的一定是最新的值。 

public class MethodThree {    private volatile ThreadToGo threadToGo = new ThreadToGo();    class ThreadToGo {        int value = 1;    }    public Runnable newThreadOne() {        final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2) {                    while(threadToGo.value==2){}                    Helper.print(arr[i], arr[i + 1]);                    threadToGo.value=2;                }            }        };    }    public Runnable newThreadTwo() {        final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                    while(threadToGo.value==1){}                    Helper.print(arr[i]);                    threadToGo.value=1;                }            }        };    }    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {        MethodThree three = new MethodThree();        Helper.instance.run(three.newThreadOne());        Helper.instance.run(three.newThreadTwo());        Helper.instance.shutdown();    }}

d. 利用AtomicInteger： 

public class MethodFive {    private AtomicInteger threadToGo = new AtomicInteger(1);    public Runnable newThreadOne() {        final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2) {                    while(threadToGo.get()==2){}                    Helper.print(arr[i], arr[i + 1]);                    threadToGo.set(2);                }            }        };    }    public Runnable newThreadTwo() {        final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                    while(threadToGo.get()==1){}                    Helper.print(arr[i]);                    threadToGo.set(1);                }            }        };    }    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {        MethodFive five = new MethodFive();        Helper.instance.run(five.newThreadOne());        Helper.instance.run(five.newThreadTwo());        Helper.instance.shutdown();    }}

2. 第二种解法，是利用CyclicBarrierAPI；

CyclicBarrier可以实现让一组线程在全部到达Barrier时(执行await())，再一起同时执行，并且所有线程释放后，还能复用它,即为Cyclic。

CyclicBarrier类提供两个构造器：

 

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {}public CyclicBarrier(int parties) {}

public class MethodFour{      private final CyclicBarrier barrier;      private final List
   
     list;      public MethodFour() {          list = Collections.synchronizedList(new ArrayList
    
     ());          barrier = new CyclicBarrier(2,newBarrierAction());      }      public Runnable newThreadOne() {          final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);          return new Runnable() {              private String[] arr = inputArr;              public void run() {                  for (int i = 0, j=0; i < arr.length; i=i+2,j++) {                      try {                          list.add(arr[i]);                          list.add(arr[i+1]);                          barrier.await();                      } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {                          e.printStackTrace();                      }                  }              }          };      }      public Runnable newThreadTwo() {          final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);          return new Runnable() {              private String[] arr = inputArr;              public void run() {                  for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                      try {                          list.add(arr[i]);                          barrier.await();                      } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {                          e.printStackTrace();                      }                  }              }          };      }      private Runnable newBarrierAction(){          return new Runnable() {              @Override              public void run() {                  Collections.sort(list);                  list.forEach(c->System.out.print(c));                  list.clear();              }          };      }      public static void main(String args[]){          MethodFour four = new MethodFour();          Helper.instance.run(four.newThreadOne());          Helper.instance.run(four.newThreadTwo());          Helper.instance.shutdown();      }}
    
   

 这里多说一点，这个API其实还是利用lock和condition，无非是多个线程去争抢CyclicBarrier的instance的lock罢了，最终barrierAction执行时，是在抢到CyclicBarrierinstance的那个线程上执行的。

 

3. 第三种解法，是利用PipedInputStreamAPI；

这里用流在两个线程间通信，但是Java中的Stream是单向的，所以在两个线程中分别建了一个input和output。这显然是一种很搓的方式，不过也算是一种通信方式吧……-_-T，执行的时候那种速度简直。。。请不要BS我。

public class MethodSix {    private final PipedInputStream inputStream1;    private final PipedOutputStream outputStream1;    private final PipedInputStream inputStream2;    private final PipedOutputStream outputStream2;    private final byte[] MSG;    public MethodSix() {        inputStream1 = new PipedInputStream();        outputStream1 = new PipedOutputStream();        inputStream2 = new PipedInputStream();        outputStream2 = new PipedOutputStream();        MSG = "Go".getBytes();        try {            inputStream1.connect(outputStream2);            inputStream2.connect(outputStream1);        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }    public void shutdown() throws IOException {        inputStream1.close();        inputStream2.close();        outputStream1.close();        outputStream2.close();    }    public Runnable newThreadOne() {        final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            private PipedInputStream in = inputStream1;            private PipedOutputStream out = outputStream1;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2) {                    Helper.print(arr[i], arr[i + 1]);                    try {                        out.write(MSG);                        byte[] inArr = new byte[2];                        in.read(inArr);                        while(true){                            if("Go".equals(new String(inArr)))                                break;                        }                    } catch (IOException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }            }        };    }    public Runnable newThreadTwo() {        final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            private PipedInputStream in = inputStream2;            private PipedOutputStream out = outputStream2;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                    try {                        byte[] inArr = new byte[2];                        in.read(inArr);                        while(true){                            if("Go".equals(new String(inArr)))                                break;                        }                        Helper.print(arr[i]);                        out.write(MSG);                    } catch (IOException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }            }        };    }    public static void main(String args[]) throws IOException {        MethodSix six = new MethodSix();        Helper.instance.run(six.newThreadOne());        Helper.instance.run(six.newThreadTwo());        Helper.instance.shutdown();        six.shutdown();    }

4. 第四种解法，是利用BlockingQueue；

 

BlockingQueue定义的常用方法如下:

• add(Object)：把Object加到BlockingQueue里，如果BlockingQueue可以容纳，则返回true，否则抛出异常。
• offer(Object)：表示如果可能的话，将Object加到BlockingQueue里，即如果BlockingQueue可以容纳，则返回true，否则返回false。
• put(Object)：把Object加到BlockingQueue里，如果BlockingQueue没有空间，则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里有空间再继续。
• poll(time)：获取并删除BlockingQueue里排在首位的对象，若不能立即取出，则可以等time参数规定的时间，取不到时返回null。当不传入time值时，立刻返回。
• peek()：立刻获取BlockingQueue里排在首位的对象，但不从队列里删除，如果队列为空，则返回null。
• take()：获取并删除BlockingQueue里排在首位的对象，若BlockingQueue为空，阻断进入等待状态直到BlockingQueue有新的对象被加入为止。

BlockingQueue有四个具体的实现类：

• ArrayBlockingQueue：规定大小的BlockingQueue，其构造函数必须带一个int参数来指明其大小。其所含的对象是以FIFO（先入先出）顺序排序的。
• LinkedBlockingQueue：大小不定的BlockingQueue，若其构造函数带一个规定大小的参数，生成的BlockingQueue有大小限制，若不带大小参数，所生成的BlockingQueue的大小由Integer.MAX_VALUE来决定。其所含的对象是以FIFO顺序排序的。
• PriorityBlockingQueue：类似于LinkedBlockingQueue,但其所含对象的排序不是FIFO，而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数所带的Comparator决定的顺序。
• SynchronousQueue：特殊的BlockingQueue，对其的操作必须是放和取交替完成的。

这里我用了两种玩法：

• 一种是共享一个queue，根据peek和poll的不同来实现；
• 第二种是两个queue，利用take()会自动阻塞来实现。

public class MethodSeven {    private final LinkedBlockingQueue
   
     queue = new LinkedBlockingQueue<>();    public Runnable newThreadOne() {        final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2) {                    Helper.print(arr[i], arr[i + 1]);                    queue.offer("TwoToGo");                    while(!"OneToGo".equals(queue.peek())){}                    queue.poll();                }            }        };    }    public Runnable newThreadTwo() {        final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                    while(!"TwoToGo".equals(queue.peek())){}                    queue.poll();                    Helper.print(arr[i]);                    queue.offer("OneToGo");                }            }        };    }    private final LinkedBlockingQueue
    
      queue1 = new LinkedBlockingQueue<>();    private final LinkedBlockingQueue
     
       queue2 = new LinkedBlockingQueue<>();    public Runnable newThreadThree() {        final String[] inputArr = Helper.buildNoArr(52);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i=i+2) {                    Helper.print(arr[i], arr[i + 1]);                    try {                        queue2.put("TwoToGo");                        queue1.take();                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }            }        };    }    public Runnable newThreadFour() {        final String[] inputArr = Helper.buildCharArr(26);        return new Runnable() {            private String[] arr = inputArr;            public void run() {                for (int i = 0; i < arr.length; i++) {                    try {                        queue2.take();                        Helper.print(arr[i]);                        queue1.put("OneToGo");                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }            }        };    }    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {        MethodSeven seven = new MethodSeven();        Helper.instance.run(seven.newThreadOne());        Helper.instance.run(seven.newThreadTwo());        Thread.sleep(2000);        System.out.println("");        Helper.instance.run(seven.newThreadThree());        Helper.instance.run(seven.newThreadFour());        Helper.instance.shutdown();    }
     
    
   

参考：

 

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