第5章：线程间通信（Java高并发编程详解：多线程与系统设计）

1.同步阻塞与异步非阻塞

1.1同步阻塞消息处理

• 同步Event提交， 客户端等待时间过长 (提交Event时长+接受Event创建thread时 长+业务处理时长+返回结果时长)会陷入阻塞， 导致二次提交Event耗时过长。
• 由于客户端提交的Event数量不多， 导致系统同时受理业务数量有限，也就是系统整体的吞吐量不高。
• 这种一个线程处理一个Event的方式，会导致出现频繁的创建开启与销毁，从而增加系统额外开销。
• 在业务达到峰值的时候，大量的业务处上理线程阻塞会导致频繁的CPU上下文切换，从而降低系统性能。

1.2异步飞阻塞消息处理

        客户端提交Event后会得到一个相应的工单并且立即返回， Event则会被放置在Event 队列中。服务端有若干个工作线程， 不断地从Event队列中获取任务并且进行异步处 理， 最后将处理结果保存至另外一个结果集中，如果客户端想要获得处理结果，则可凭借工单 号再次查询。

        两种方式相比较，你会发现异步非阻塞的优势非常明显，首先客户端不用等到结果 处 理结束之后才能返回，从而提高了系统的吞吐量和并发量；其次若服务端的线程数量在一 个可控的范围之内是不会导致太多的CPU上下文切换从而带来的额外开销的； 再次服务端 线程可以重复利用，这样就减少了不断创建线程带来的资源浪费。

2.单线程间通信

在1.2节中， 服务端有若干个线程会从队列中获取相应的Event进行异步处理， 那 么 这些线程又是如何从队列中获取数据的呢?换句话说就是如何知道队列里此时是否有数据 呢?比较笨的办法是不断地轮询：如果有数据则读取数据并处理，如果没有则等待若干 时 间再次轮询。还有一种比较好的方式就是通知机制：如果队列中有Event， 则通知工作的线程开始工作；没有Event，则工作线程休息并等待通知。

2.1初试wait和notify

在本节中， 我们将会学习线程之间如何进行通信， 首先实现一个EventQueue， 该Queue有如下三种状态：

• • 队列满——最多可容纳多少个Event， 好比一个系统最多同时能够受理多少业务一样；
  • 队列空一 当所有的Event都被处理并且没有新的Event被提交的时候， 此时队列将是空的状态；
  • 有Event但是没有满—— 有新的Event被提交， 但是此时没有到达队列的上限。

EventQueue队列：

import java.util.LinkedList;

public class EventQueue {

    private final int max;

    static class Event{

    }

    private final LinkedList<Event> eventQueue = new LinkedList<>();
    private final static int DEAULT_MAX_EVENT=10;

    public EventQueue() {
        this(DEAULT_MAX_EVENT);
    }

    public EventQueue(int max){
        this.max = max;
    }

    public void offer(Event event) {
        synchronized (eventQueue) {
            if(eventQueue.size() >= max) {
                try {
                    System.out.println("the queue is full");
                    eventQueue.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            System.out.println("the new event is submitted");
            eventQueue.addLast(event);
            eventQueue.notify();
        }

    }

    public Event take() {
        synchronized (eventQueue) {
            if ( eventQueue.isEmpty()) {

                try {
                    System.out.println("the queue is empty");
                    eventQueue.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }


            }

            Event event = eventQueue.removeFirst();
            this.eventQueue.notify();
            System.out.println("the event " + event + " is handled");
            return event;
        }

    }

}

上述代码中，在EventQueue中定义了一个队列，offer方法会提交一个Event至队尾，如果此时队列已经满了，那么提交的线程将会被阻塞，这是调用了wait方法的结果(后 文中会重点介绍wait方法) 。同样take方法会从队头获取数据，如果队列中没有可用数据， 那么工作线程就会被阻塞，这也是调用wait方法的直接结果。此外，还可以看到一个notify方法，该方法的作用是唤醒那些曾经执行 monitor的wait方法而进入阻塞的线程。

EventClient测试代码：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class EventClient {

    public static void main(String[] args) {
        final EventQueue eventQueue = new EventQueue();

        new Thread(
                ()->{
                    for(;;) {
                        eventQueue.offer(new EventQueue.Event());
                    }
                }
                ,"Producer"
        ).start();

        new Thread(
                ()->{
                    for(;;) {