涉及到多个线程协同完成某个任务的时候,就用到了线程间通信的相关知识点。
这其中涉及到的知识点有:
(1)thread.join()
(2)object.wait()
(3)object.notify()
(4)CountdownLatch()
(5)CyclicBarrier
(6)FutureTask
(7)Callable
一、如何让两个线程依次执行?
假设有两个线程,线程A和线程B,依次让它们打印1到3:
private static void demo1()
{
Thread A=new Thread(() -> printNumber("A"));
Thread B=new Thread(() -> printNumber("B"));
A.start();
B.start();
}
private static void printNumber(String threadName)
{
int i=0;
while(i++<3)
{
try{
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println(threadName+" print:"+i);
}
}
打印输出结果:
B print:1
A print:1
B print:2
A print:2
A print:3
B print:3
可以看出A和B是同时打印的。如果想让A和B依次执行的话,则需要使用thread.join()方法。
private static void demo2()
{
Thread A=new Thread(() -> printNumber("A"));
Thread B=new Thread(() -> {
try{
A.join();
}catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
printNumber("B");
});
A.start();
B.start();
}
现在的打印结果:
A print:1
A print:2
A print:3
B print:1
B print:2
B print:3
可以看到现在是顺序执行。
二、如何让线程按照指定的顺序执行?
还是上面那个例子,如果想让A线程打印完A 1之后,接着执行完B线程,接着再执行A线程,thread.join()方法显然不能办到。这时候需要使用object的wait()和notify()方法。
private static void demo3()
{
Object lock=new Object();
Thread A=new Thread(() -> {
synchronized (lock)
{
System.out.println("A 1");
try{
lock.wait();
}catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println("A 2");
System.out.println("A 3");
}
});
Thread B=new Thread(() -> {
synchronized (lock)
{
System.out.println("B 1");
System.out.println("B 2");
System.out.println("B 3");
lock.notify();
}
});
A.start();
B.start();
}
打印结果:
A 1
B 1
B 2
B 3
A 2
A 3
lock为新建的线程A和线程B共享的对象锁。线程A获取锁,打印A 1,再调用lock.wait(),交出锁的控制权。线程B获取锁,执行完毕后,再调用lock.notify(),唤醒在等待的线程A,线程A继续执行完毕。
为了显示更清楚,更方便理解,现加入log:
private static void demo3Info() {
Object lock = new Object();
Thread A = new Thread(() -> {
System.out.println("INFO: A 等待锁 ");
synchronized (lock) {
System.out.println("INFO: A 得到了锁 lock");
System.out.println("A 1");
try {
System.out.println("INFO: A 准备进入等待状态,放弃锁 lock 的控制权 ");
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("INFO: 有人唤醒了 A, A 重新获得锁 lock");
System.out.println("A 2");
System.out.println("A 3");
}
});
Thread B = new Thread(() -> {
System.out.println("INFO: B 等待锁 ");
synchronized (lock) {
System.out.println("INFO: B 得到了锁 lock");
System.out.println("B 1");
System.out.println("B 2");
System.out.println("B 3");
System.out.println("INFO: B 打印完毕,调用 notify 方法 ");
lock.notify();
}
});
A.start();
B.start();
}
打印结果:
INFO: A 等待锁
INFO: A 得到了锁 lock
A 1
INFO: A 准备进入等待状态,放弃锁 lock 的控制权
INFO: B 等待锁
INFO: B 得到了锁 lock
B 1
B 2
B 3
INFO: B 打印完毕,调用 notify 方法
INFO: 有人唤醒了 A, A 重新获得锁 lock
A 2
A 3
三、四个线程A、B、C、D,A、B、C线程执行完毕之后,再去执行D线程。
thread.join()的作用是让一个线程执行完之后再执行另外一个线程,明显不符合当前的这个需求。在这里,我们希望A、B、C线程可以同时执行,执行完毕之后,再执行线程D。针对这种情况,我们可以使用CountdownLatch来实现这种通信要求。
创建一个计数器,设置初始值,CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
在 等待线程 里调用 countDownLatch.await() 方法,进入等待状态,直到计数值变成 0;
在 其他线程 里,调用 countDownLatch.countDown() 方法,该方法会将计数值减小 1;
当 其他线程 的 countDown() 方法把计数值变成 0 时,等待线程 里的 countDownLatch.await() 立即退出,继续执行下面的代码。
private static void runDAfterABC() {
int worker = 3;
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(worker);
new Thread(() -> {
System.out.println("D is waiting for other three threads");
try {
countDownLatch.await();
System.out.println("All done, D starts working");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
for (char threadName='A'; threadName <= 'C'; threadName++) {
final String tN = String.valueOf(threadName);
new Thread(() -> {
System.out.println(tN + " is working");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(tN + " finished");
countDownLatch.countDown();
}).start();
}
}
打印结果:
D is waiting for other three threads
B is working
C is working
A is working
B finished
A finished
C finished
All done, D starts working
CountDownLatch 适用于一个线程去等待多个线程的情况。线程D中调用await方法进入等待,线程A、B、C开始执行,每执行完一次,计时器减去1,当计时器为0时,触发await运行结束,继续执行线程D直到结束。
四、A、B、C三线程准备好之后,同时运行
为了实现线程之间的互相通信,我们可以利用 CyclicBarrier 数据结构,它的基本用法是:
先创建一个公共 CyclicBarrier 对象,设置 同时等待 的线程数,CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
这些线程同时开始自己做准备,自身准备完毕后,需要等待别人准备完毕,这时调用 cyclicBarrier.await(); 即可开始等待别人;
当指定的 同时等待 的线程数都调用了 cyclicBarrier.await();时,意味着这些线程都准备完毕好,然后这些线程才 同时继续执行。
private static void runABCWhenAllReady() {
int runner = 3;
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(runner);
final Random random = new Random();
for (char runnerName='A'; runnerName <= 'C'; runnerName++) {
final String rN = String.valueOf(runnerName);
new Thread(() -> {
long prepareTime = random.nextInt(10000) + 100;
System.out.println(rN + " is preparing for time: " + prepareTime);
try {
Thread.sleep(prepareTime);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
System.out.println(rN + " is prepared, waiting for others");
cyclicBarrier.await(); // 当前运动员准备完毕,等待别人准备好
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(rN + " starts running"); // 所有运动员都准备好了,一起开始跑
}).start();
}
}
打印结果:
A is preparing for time: 5606
C is preparing for time: 8550
B is preparing for time: 5172
B is prepared, waiting for others
A is prepared, waiting for others
C is prepared, waiting for others
C starts running
A starts running
B starts running
五、子线程完成某项任务后,将得到的结果返回主线程
在这里需要使用Callable和FutureTask一起使用,但需要注意的是,FutureTask获取结果的时候回阻塞主线程。
例如,我们利用子线程将1加到100的结果返回给主线程:
private static void doTaskWithResultInWorker() {
Callable<Integer> callable = () -> {
System.out.println("Task starts");
Thread.sleep(1000);
int result = 0;
for (int i=0; i<=100; i++) {
result += i;
}
System.out.println("Task finished and return result");
return result;
};
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
new Thread(futureTask).start();
try {
System.out.println("Before futureTask.get()");
System.out.println("Result: " + futureTask.get());
System.out.println("After futureTask.get()");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
打印结果:
Before futureTask.get()
Task starts
Task finished and return result
Result: 5050
After futureTask.get()
可以看到,主线程调用 futureTask.get() 方法时阻塞主线程;然后 Callable 内部开始执行,并返回运算结果;此时 futureTask.get() 得到结果,主线程恢复运行。
这里我们可以学到,通过 FutureTask 和 Callable 可以直接在主线程获得子线程的运算结果,只不过需要阻塞主线程。当然,如果不希望阻塞主线程,可以考虑利用 ExecutorService,把 FutureTask 放到线程池去管理执行。
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