我们通常希望多个线程之间有信息的通信，而不是每个线程各自run方法执行完就结束了。那么多个线程间如何通信呢？

        Java中多线程通常通过共享变量进行信息共享。

        1）使用static变量共享信息，该方法适用于通过继承Thread类创建线程的方式。

        2）通过同一个Runnable实例的成员变量来共享信息，该方法适用于通过实现Runnable接口创建线程的方式。

        JDK原生库不支持线程间点对点发送消息（类似C/C++的MPI并行库， MPI是一个信息传递应用程序接口，至今仍然是高性能计算的主要模型。MPI支持线程0向线程1发送一条消息，或者线程0向所有线程群发一条消息）。

一、使用static变量共享信息

public class ThreadMsgShareTest {public static void main(String[] args) {new Thread1().start();new Thread1().start();new Thread1().start();new Thread1().start();}
}class Thread1 extends Thread {private static int tickets = 100; // 所有线程一起卖100张票public void run() {while(tickets > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is " +"selling ticket : " + tickets);tickets --;}}
}

        如上代码中， Thread1定义了一个静态变量，则所有Thread1实例共享同一个tickets变量。在main函数中，创建了4个不同的Thread1对象，启动四个线程，这些线程共同拥有100张票。

        程序运行结果如下：

        可以看到线程0和线程3都卖了第100张票，说明存在信息同步问题。

        如果将Thread1的静态变量改成普通的成员变量，则tickes将成为每个线程对象各自的成员变量，即每个线程都拥有100张票，如下代码所示：

public class ThreadMsgShareTest {public static void main(String[] args) {new Thread1().start();new Thread1().start();new Thread1().start();new Thread1().start();}
}class Thread1 extends Thread {
//    private static int tickets = 100;private int tickets = 100; // 每个线程卖100张票public void run() {while(tickets > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is " +"selling ticket : " + tickets);tickets --;}}
}

        该代码运行后，每个线程独立售卖100张票，四个线程一共卖了400张票。

二、使用同一个Runnable实例的成员变量共享信息

public class RunnableMsgShareTest {public static void main(String[] args) {Runnable1 runnable1 = new Runnable1();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();}
}class Runnable1 implements Runnable {private int tickets = 100;@Overridepublic void run() {while(tickets > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is " +"selling ticket : " + tickets);tickets --;}}
}

        如上代码中，虽然Runnable1类中的tickets是普通成员变量，但同一个Runnable实例可以在多个线程对象间共享，如上main函数中，虽然创建了4个线程对象，但它们的target都是同一个Runnable1对象，所以四个线程操作的tickets都是同一个实例的变量，从而达到信息共享的效果。

        运行结果如下：

        如上运行结果说明，四个线程确实共享了同一个tickets变量，由于没有进行共享资源的同步控制，因此出现了信息共享问题。

        如上代码中，如果将main函数的代码改成每个线程对象都拥有不同的runnable实例，则每个线程都独立售卖100张票，不存在tickets信息的共享。

通过如上两种方式，虽然实现了信息共享，但却带来了多线程操作同一资源出现的信息不一致问题。下面介绍如何解决信息不一致的问题。

三、信息不同步的原因 - 工作缓存副本

        JVM中每个线程都有一个工作缓存，线程会从主存中加载操作数到工作缓存中生成一个副本，CPU对副本进行运算操作后，将结果写入工作缓存，最后数据才从工作缓存中刷新到主存中。

        线程的运行都是依赖工作缓存的，线程1对工作缓存中副本的修改，对线程2和线程3是不可见的，它们的工作缓存中还是原来的值，这就出现了数据不一致的问题。

四、实现多线程信息同步的方案

方案一：volatile 关键字，实现内存可见性

        解决工作缓存副本问题，用于保证多线程对共享变量操作时的可见性。用volatile关键字修饰的变量，如果在工作缓存中被修改，会立即刷新到主存，且同步失效其他线程工作缓存中该变量的值。即volatile关键字修饰的变量如有改变，会及时通知给所有线程。

        注意：volatile关键字修饰的变量只能进行原子操作，适用于修饰flag=true/false这种标记型字段，volatile对复合操作无效。

volatile底层原理

        如果将使用volatile修饰的代码和未使用volatile修饰的代码都编译成汇编语言，会发现，使用volatile修饰的代码会多出一个lock前缀指令。

        lock前缀指令相当于一个内存屏障，内存屏障的作用有以下三点：

        ①重排序时，不能把内存屏障后面的指令排序到内存屏障前

        ②使得本CPU的cache写入内存

        ③写入动作会引起其他CPU缓存或内核的数据无效，相当于修改对其他线程可见。

        上文卖票的示例中，由于tickets--是复合操作，因此对tickets变量增加volatile修饰，仍然解决不了多线程同步问题。

public class RunnableMsgShareTest {public static void main(String[] args) {Runnable1 runnable1 = new Runnable1();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();}
}class Runnable1 implements Runnable {// volatile对多线程中有复合操作的变量无效private volatile int tickets = 100;@Overridepublic void run() {while(tickets > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is " +"selling ticket : " + tickets);tickets--;}}
}

        运行结果：

         下面的代码中用volatile修饰布尔型变量，实现多线程信息同步：

public class VolatileTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Runnable2 runnable2 = new Runnable2();new Thread(runnable2).start();Thread.sleep(10);runnable2.flag = false;System.out.println("main thread existing");}
}class Runnable2 implements Runnable {public volatile boolean flag = true;@SneakyThrows@Overridepublic void run() {while (flag) {}System.out.println("sub thread existing");}
}

        运行结果：

        可以看到，子线程初始运行时flag=true，于是进入while循环。之后main线程修改了flag=false，子线程立即看到了该变化，退出了while循环。

        如果将上述代码中flag去掉volatile修饰，则子线程会进行死循环，不会退出，运行结果如下：

        该运行结果说明，主线程已经退出了，内存中的flag已经为false，但子线程中的flag是使用其工作缓存中的值，该值仍然为true，因此子线程一直在运行，没有退出。

 方案二：synchronized 关键字 对代码块/函数加锁，实现指定代码段的互斥访问。

        互斥：某个线程运行一个代码段（关键区），其他线程不能同时运行这个代码段。互斥是同步的一种特例。互斥的关键字是synchronized.

        同步：多个线程的运行，必须按照某种规定的先后顺序来运行。

        synchronized关键字修饰的代码块/函数，同一时刻只能一个线程访问。

        synchronized加大性能负担，但是使用简便。

        synchronized如果修饰代码段，则必须加锁在某一个对象上，只要是一个非空的对象都可以。所有线程要执行关键区的代码，必须先抢到这把锁。

        代码示例：上文卖票的示例中，抽取一个卖票的函数，用synchronized修饰，实现多线程正确访问共享变量

public class SynchronizedTest {public static void main(String[] args) {Runnable1 runnable1 = new Runnable1();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();new Thread(runnable1).start();}
}class Runnable1 implements Runnable {private int tickets = 100;@SneakyThrows@Overridepublic void run() {while(true) {sale();Thread.sleep(10); // 为了方便线程阻塞后切换另一个线程if(tickets <= 0) {break;}}}private synchronized void sale() {if(tickets > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is " +"selling ticket : " + tickets);tickets--;}}
}

        运行结果：

Thread-0 is selling ticket : 100
Thread-3 is selling ticket : 99
Thread-2 is selling ticket : 98
Thread-1 is selling ticket : 97
Thread-0 is selling ticket : 96
Thread-3 is selling ticket : 95
Thread-2 is selling ticket : 94
Thread-1 is selling ticket : 93
Thread-0 is selling ticket : 92
Thread-1 is selling ticket : 91
Thread-2 is selling ticket : 90
Thread-3 is selling ticket : 89