Java多線程12 同步工具類Exchanger

Java多線程目錄

1 Exchanger 介紹

前面分別介紹了CyclicBarrier、CountDownLatch、Semaphore，現在介紹併發工具類中的最後一個Exchange。
Exchanger 是一個用於線程間協作的工具類，Exchanger用於進行線程間的數據交換，它提供一個同步點，在這個同步點，兩個線程可以交換彼此的數據。這兩個線程通過exchange 方法交換數據，如果第一個線程先執行exchange 方法，它會一直等待第二個線程也執行exchange 方法，當兩個線程都到達同步點時，這兩個線程就可以交換數據。

A synchronization point at which threads can pair and swap elements within pairs. Each thread presents some object on entry to the exchange method, matches with a partner thread, and receives its partner's object on return. An Exchanger may be viewed as a bidirectional form of a SynchronousQueue. Exchangers may be useful in applications such as genetic algorithms and pipeline designs.

在以上的描述中，有幾個要點：

• 此類提供對外的操作是同步的；
• 用於成對出現的線程之間交換數據；
• 可以視作雙向的同步隊列；
• 可應用於基因算法、流水線設計等場景。
  接着看api文檔，這個類提供對外的接口非常簡潔，一個無參構造函數，兩個重載的範型exchange方法：

public V exchange(V x) throws InterruptedException
public V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, TimeoutException

2 Exchanger 實例

public class ExchangerTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        final Exchanger exchanger = new Exchanger();
        executor.execute(new Runnable() {
            String data = "data1";

            @Override
            public void run() {
                doExchangeWork(data, exchanger);
            }
        });

        executor.execute(new Runnable() {
            String data = "data2";

            @Override
            public void run() {
                doExchangeWork(data, exchanger);
            }
        });
        executor.shutdown();
    }

    private static void doExchangeWork(String data, Exchanger exchanger) {
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在把數據 " + data + " 交換出去");
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));

            String exchangeData = (String) exchanger.exchange(data);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "交換得到數據  " + exchangeData);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

pool-1-thread-1正在把數據 data1 交換出去
pool-1-thread-2正在把數據 data2 交換出去
pool-1-thread-2交換得到數據  data1
pool-1-thread-1交換得到數據  data2

當線程A調用Exchange對象的exchange()方法後，他會陷入阻塞狀態，直到線程B也調用了exchange()方法，然後以線程安全的方式交換數據，之後線程A和B繼續運行。

exchange等待超時

public class ExchangerTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        final Exchanger exchanger = new Exchanger();
        executor.execute(new Runnable() {
            String data = "data1";

            @Override
            public void run() {
                doExchangeWork(data, exchanger);
            }
        });

        executor.execute(new Runnable() {
            String data = "data2";

            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep((long) (3000));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                doExchangeWork(data, exchanger);
            }
        });
        executor.shutdown();
    }

    private static void doExchangeWork(String data, Exchanger exchanger) {
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在把數據 " + data + " 交換出去");

            //遠小於3秒拋出異常
            String exchangeData = (String) exchanger.exchange(data,1, TimeUnit.SECONDS);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "交換得到數據  " + exchangeData);
        } catch ( TimeoutException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

pool-1-thread-1正在把數據 data1 交換出去
java.util.concurrent.TimeoutException
    at java.util.concurrent.Exchanger.exchange(Exchanger.java:626)
    at ExchangerTest.doExchangeWork(ExchangerTest.java:37)
    at ExchangerTest.access$000(ExchangerTest.java:3)
    at ExchangerTest$1.run(ExchangerTest.java:12)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
pool-1-thread-2正在把數據 data2 交換出去
java.util.concurrent.TimeoutException
    at java.util.concurrent.Exchanger.exchange(Exchanger.java:626)
    at ExchangerTest.doExchangeWork(ExchangerTest.java:37)
    at ExchangerTest.access$000(ExchangerTest.java:3)
    at ExchangerTest$2.run(ExchangerTest.java:26)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

實戰場景
設計一個定時任務，每日凌晨執行。在定時任務中啓動兩個線程，一個線程負責對業務明細表（xxx_info）進行查詢統計，把統計的結果放置在內存緩衝區，另一個線程負責讀取緩衝區中的統計結果並插入到業務統計表（xxx_statistics）中。
親，這樣的場景是不是聽起來很有感覺？沒錯!兩個線程在內存中批量交換數據，這個事情我們可以使用Exchanger去做！

3 實現原理

Exchanger（交換者）是一個用於線程間協作的工具類。Exchanger用於進行線程間的數據交換。它提供一個同步點，在這個同步點兩個線程可以交換彼此的數據。這兩個線程通過exchange方法交換數據， 如果第一個線程先執行exchange方法，它會一直等待第二個線程也執行exchange，當兩個線程都到達同步點時，這兩個線程就可以交換數據，將本線程生產出來的數據傳遞給對方。因此使用Exchanger的重點是成對的線程使用exchange()方法，當有一對線程達到了同步點，就會進行交換數據。因此該工具類的線程對象是成對的。
Exchanger類提供了兩個方法，String exchange(V x):用於交換，啓動交換並等待另一個線程調用exchange；String exchange(V x,long timeout,TimeUnit unit)：用於交換，啓動交換並等待另一個線程調用exchange，並且設置最大等待時間，當等待時間超過timeout便停止等待。

特寫感謝

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java高級---->Thread之Exchanger的使用