Java并发（五）任务间使用管道进行通信

通过I/O在线程间进行通信通常很有用。提供线程功能的类库以“管道”的形式对线程间的 I/O 提供了支持。它们在Java I/O 类库中的对应物就是PipedWriter（允许任务向管道写）和PipedReader（允许不同的任务从同一个管道中读取）。这个模型可以看做是“生产者-消费者”问题的变体，这里的管道就是一个封装好的解决方案。管道基本上是一个阻塞队列，存在于多个引入BlockingQueue之前的Java版本中。

下面是一个简单的例子，两个任务使用一个管道进行通信：

import java.io.IOException;
import java.io.PipedReader;
import java.io.PipedWriter;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 发送端
 */
class Sender implements Runnable {
    private Random rand = new Random(47);
    private PipedWriter writer = new PipedWriter();
    public PipedWriter getWriter() { return writer; }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while(true) {
                for (char c = 'A'; c < 'z'; c++) {
                    writer.write(c);
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(500));
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e + " Sender write Exception");
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e + " Sender sleep Interrupted");
        }
    }
}

/**
 * 接收端
 */
class Receiver implements Runnable {
    private PipedReader reader;
    public Receiver(Sender sender) throws IOException {
        reader = new PipedReader(sender.getWriter());
    }
    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        try {
            while(true) {
                //在读取到内容之前，会一直阻塞
                char s = (char)reader.read();
                System.out.print("Read: " + s + ", ");
                if (++count % 5 == 0) {
                    System.out.println();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e + " Receiver read Exception.");
        }
    }
}

public class PipedIO {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Sender sender = new Sender();
        Receiver receiver = new Receiver(sender);
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        exec.execute(sender);
        exec.execute(receiver);
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        exec.shutdownNow();
    }
}

执行结果（可能的结果）：

Read: A, Read: B, Read: C, Read: D, Read: E, 
Read: F, Read: G, Read: H, Read: I, Read: J, 
Read: K, Read: L, Read: M, Read: N, Read: O, 
Read: P, Read: Q, Read: R, Read: S, Read: T, 
Read: U, java.io.InterruptedIOException Receiver read Exception.
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted Sender sleep Interrupted

Sender和Receiver代表了需要互相通信的两个任务。Sender创建了一个PipedWriter，它是一个单独的对象；但是对于Receiver，PipedReader的建立必须在构造器中与一个PipedWriter相关联。就是说，PipedReader与PipedWriter的构造可以通过如下两种方式：

//方式一：先构造PipedReader，再通过它构造PipedWriter。
PipedReader reader = new PipedReader();
PipedWriter writer = new PipedWriter(reader);

//方式二：先构造PipedWriter，再通过它构造PipedReader。
PipedWriter writer2 = new PipedWriter();
PipedReader reader2 = new PipedReader(writer2);

Sender把数据放进Writer，然后休眠一段时间（随机数）。然而，Receiver没有sleep()和wait。但当它调用read()时，如果没有更多的数据，****管道将自动阻塞。

注意Sender和Receiver是在main()中启动的，即对象构造彻底完毕之后。如果你启动了一个没有构造完毕的对象，在不同的平台上管道可能会产生不一致的行为（注意，BlockingQueue使用起来更加健壮而容易）。

在shutdownNow()被调用时，可以看到PipedReader与普通I/O之间最重要的差异——PipedReader是可以中断的。如果你将reader.read()替换为System.in.read()，那么interrupt()将不能打断read()调用。