正常情況下能犯,每個(gè)子線程完成各自的任務(wù)就可以結(jié)束了。不過有的時(shí)候犬耻,我們希望多個(gè)線程協(xié)同工作來完成某個(gè)任務(wù)踩晶,這時(shí)就涉及到了線程間通信了。
本文涉及到的知識(shí)點(diǎn):thread.join(), object.wait(), object.notify(), CountdownLatch, CyclicBarrier, FutureTask, Callable 等枕磁。
本文涉及代碼:
https://github.com/wingjay/HelloJava/blob/master/multi-thread/src/ForArticle.java
下面我從幾個(gè)例子作為切入點(diǎn)來講解下 Java 里有哪些方法來實(shí)現(xiàn)線程間通信渡蜻。
如何讓兩個(gè)線程依次執(zhí)行?
那如何讓 兩個(gè)線程按照指定方式有序交叉運(yùn)行呢?
四個(gè)線程 A B C D茸苇,其中 D 要等到 A B C 全執(zhí)行完畢后才執(zhí)行排苍,而且 A B C 是同步運(yùn)行的
三個(gè)運(yùn)動(dòng)員各自準(zhǔn)備,等到三個(gè)人都準(zhǔn)備好后税弃,再一起跑
子線程完成某件任務(wù)后纪岁,把得到的結(jié)果回傳給主線程
如何讓兩個(gè)線程依次執(zhí)行?
假設(shè)有兩個(gè)線程则果,一個(gè)是線程 A幔翰,另一個(gè)是線程 B,兩個(gè)線程分別依次打印 1-3 三個(gè)數(shù)字即可西壮。我們來看下代碼:
1private static void demo1() {
2 Thread A = new Thread(new Runnable() {
3 @Override
4 public void run() {
5 printNumber(“A”);
6 }
7 });
8 Thread B = new Thread(new Runnable() {
9 @Override
10 public void run() {
11 printNumber(“B”);
12 }
13 });
14 A.start();
15 B.start();
16}
其中的 printNumber(String) 實(shí)現(xiàn)如下遗增,用來依次打印 1, 2, 3 三個(gè)數(shù)字:
1private static void printNumber(String threadName) {
2 int i=0;
3 while (i++ < 3) {
4 try {
5 Thread.sleep(100);
6 } catch (InterruptedException e) {
7 e.printStackTrace();
8 }
9 System.out.println(threadName + “print:” + i);
10 }
11}
這時(shí)我們得到的結(jié)果是:
B print: 1
A print: 1
B print: 2
A print: 2
B print: 3
A print: 3
可以看到 A 和 B 是同時(shí)打印的。
那么款青,如果我們希望 B 在 A 全部打印 完后再開始打印呢做修?我們可以利用 thread.join() 方法,代碼如下:
1private static void demo2() {
2 Thread A = new Thread(new Runnable() {
3 @Override
4 public void run() {
5 printNumber(“A”);
6 }
7 });
8 Thread B = new Thread(new Runnable() {
9 @Override
10 public void run() {
11 System.out.println(“B 開始等待 A”);
12 try {
13 A.join();
14 } catch (InterruptedException e) {
15 e.printStackTrace();
16 }
17 printNumber(“B”);
18 }
19 });
20 B.start();
21 A.start();
22}
得到的結(jié)果如下:
B 開始等待 A
A print: 1
A print: 2
A print: 3
B print: 1
B print: 2
B print: 3
所以我們能看到 A.join() 方法會(huì)讓 B 一直等待直到 A 運(yùn)行完畢抡草。
那如何讓 兩個(gè)線程按照指定方式有序交叉運(yùn)行呢饰及?
還是上面那個(gè)例子,我現(xiàn)在希望 A 在打印完 1 后康震,再讓 B 打印 1, 2, 3燎含,最后再回到 A 繼續(xù)打印 2, 3。這種需求下腿短,顯然 Thread.join() 已經(jīng)不能滿足了屏箍。我們需要更細(xì)粒度的鎖來控制執(zhí)行順序。
這里橘忱,我們可以利用 object.wait() 和 object.notify() 兩個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)赴魁。代碼如下:
1/**
2 * A 1, B 1, B 2, B 3, A 2, A 3
3 */
4private static void demo3() {
5 Object lock = new Object();
6 Thread A = new Thread(new Runnable() {
7 @Override
8 public void run() {
9 synchronized (lock) {
10 System.out.println(“A 1”);
11 try {
12 lock.wait();
13 } catch (InterruptedException e) {
14 e.printStackTrace();
15 }
16 System.out.println(“A 2”);
17 System.out.println(“A 3”);
18 }
19 }
20 });
21 Thread B = new Thread(new Runnable() {
22 @Override
23 public void run() {
24 synchronized (lock) {
25 System.out.println(“B 1”);
26 System.out.println(“B 2”);
27 System.out.println(“B 3”);
28 lock.notify();
29 }
30 }
31 });
32 A.start();
33 B.start();
34}
打印結(jié)果如下:
A 1
A waiting…
B 1
B 2
B 3
A 2
A 3
正是我們要的結(jié)果。
那么钝诚,這個(gè)過程發(fā)生了什么呢颖御?
首先創(chuàng)建一個(gè) A 和 B 共享的對(duì)象鎖 lock = new Object();
當(dāng) A 得到鎖后,先打印 1凝颇,然后調(diào)用 lock.wait() 方法郎嫁,交出鎖的控制權(quán),進(jìn)入 wait 狀態(tài)祈噪;
對(duì) B 而言泽铛,由于 A 最開始得到了鎖,導(dǎo)致 B 無法執(zhí)行辑鲤;直到 A 調(diào)用 lock.wait() 釋放控制權(quán)后盔腔, B 才得到了鎖;
B 在得到鎖后打印 1, 2弛随, 3瓢喉;然后調(diào)用 lock.notify() 方法,喚醒正在 wait 的 A;
A 被喚醒后舀透,繼續(xù)打印剩下的 2栓票,3。
為了更好理解愕够,我在上面的代碼里加上 log 方便讀者查看走贪。
1private static void demo3() {
2 Object lock = new Object();
3 Thread A = new Thread(new Runnable() {
4 @Override
5 public void run() {
6 System.out.println(“INFO: A 等待鎖”);
7 synchronized (lock) {
8 System.out.println(“INFO: A 得到了鎖 lock”);
9 System.out.println(“A 1”);
10 try {
11 System.out.println(“INFO: A 準(zhǔn)備進(jìn)入等待狀態(tài),放棄鎖 lock 的控制權(quán)”);
12 lock.wait();
13 } catch (InterruptedException e) {
14 e.printStackTrace();
15 }
16 System.out.println(“INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 lock”);
17 System.out.println(“A 2”);
18 System.out.println(“A 3”);
19 }
20 }
21 });
22 Thread B = new Thread(new Runnable() {
23 @Override
24 public void run() {
25 System.out.println(“INFO: B 等待鎖”);
26 synchronized (lock) {
27 System.out.println(“INFO: B 得到了鎖 lock”);
28 System.out.println(“B 1”);
29 System.out.println(“B 2”);
30 System.out.println(“B 3”);
31 System.out.println(“INFO: B 打印完畢惑芭,調(diào)用 notify 方法”);
32 lock.notify();
33 }
34 }
35 });
36 A.start();
37 B.start();
38}
打印結(jié)果如下:
INFO: A 等待鎖
INFO: A 得到了鎖 lock
A 1
INFO: A 準(zhǔn)備進(jìn)入等待狀態(tài)坠狡,調(diào)用 lock.wait() 放棄鎖 lock 的控制權(quán)
INFO: B 等待鎖
INFO: B 得到了鎖 lock
B 1
B 2
B 3
INFO: B 打印完畢,調(diào)用 lock.notify() 方法
INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 lock
A 2
A 3
四個(gè)線程 A B C D遂跟,其中 D 要等到 A B C 全執(zhí)行完畢后才執(zhí)行逃沿,而且 A B C 是同步運(yùn)行的
最開始我們介紹了 thread.join(),可以讓一個(gè)線程等另一個(gè)線程運(yùn)行完畢后再繼續(xù)執(zhí)行幻锁,那我們可以在 D 線程里依次 join A B C凯亮,不過這也就使得 A B C 必須依次執(zhí)行,而我們要的是這三者能同步運(yùn)行哄尔。
或者說假消,我們希望達(dá)到的目的是:A B C 三個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行,各自獨(dú)立運(yùn)行完后通知 D究飞;對(duì) D 而言,只要 A B C 都運(yùn)行完了堂鲤,D 再開始運(yùn)行亿傅。針對(duì)這種情況,我們可以利用 CountdownLatch 來實(shí)現(xiàn)這類通信方式瘟栖。它的基本用法是:
創(chuàng)建一個(gè)計(jì)數(shù)器葵擎,設(shè)置初始值,CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
在 等待線程 里調(diào)用 countDownLatch.await() 方法半哟,進(jìn)入等待狀態(tài)酬滤,直到計(jì)數(shù)值變成 0;
在 其他線程 里寓涨,調(diào)用 countDownLatch.countDown() 方法盯串,該方法會(huì)將計(jì)數(shù)值減小 1;
當(dāng) 其他線程 的 countDown() 方法把計(jì)數(shù)值變成 0 時(shí)戒良,等待線程 里的 countDownLatch.await() 立即退出体捏,繼續(xù)執(zhí)行下面的代碼。
實(shí)現(xiàn)代碼如下:
1private static void runDAfterABC() {
2 int worker = 3;
3 CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(worker);
4 new Thread(new Runnable() {
5 @Override
6 public void run() {
7 System.out.println(“D is waiting for other three threads”);
8 try {
9 countDownLatch.await();
10 System.out.println(“All done, D starts working”);
11 } catch (InterruptedException e) {
12 e.printStackTrace();
13 }
14 }
15 }).start();
16 for (char threadName=’A’; threadName <= ‘C’; threadName++) {
17 final String tN = String.valueOf(threadName);
18 new Thread(new Runnable() {
19 @Override
20 public void run() {
21 System.out.println(tN + “is working”);
22 try {
23 Thread.sleep(100);
24 } catch (Exception e) {
25 e.printStackTrace();
26 }
27 System.out.println(tN + “finished”);
28 countDownLatch.countDown();
29 }
30 }).start();
31 }
32}
下面是運(yùn)行結(jié)果:
D is waiting for other three threads
A is working
B is working
C is working
A finished
C finished
B finished
All done, D starts working
其實(shí)簡(jiǎn)單點(diǎn)來說,CountDownLatch 就是一個(gè)倒計(jì)數(shù)器几缭,我們把初始計(jì)數(shù)值設(shè)置為3河泳,當(dāng) D 運(yùn)行時(shí),先調(diào)用 countDownLatch.await() 檢查計(jì)數(shù)器值是否為 0年栓,若不為 0 則保持等待狀態(tài)拆挥;當(dāng)A B C 各自運(yùn)行完后都會(huì)利用countDownLatch.countDown(),將倒計(jì)數(shù)器減 1某抓,當(dāng)三個(gè)都運(yùn)行完后纸兔,計(jì)數(shù)器被減至 0;此時(shí)立即觸發(fā) D 的 await() 運(yùn)行結(jié)束搪缨,繼續(xù)向下執(zhí)行食拜。
因此,CountDownLatch 適用于一個(gè)線程去等待多個(gè)線程的情況副编。
三個(gè)運(yùn)動(dòng)員各自準(zhǔn)備骤星,等到三個(gè)人都準(zhǔn)備好后,再一起跑
上面是一個(gè)形象的比喻蜡感,針對(duì) 線程 A B C 各自開始準(zhǔn)備笛粘,直到三者都準(zhǔn)備完畢,然后再同時(shí)運(yùn)行 队腐。也就是要實(shí)現(xiàn)一種 線程之間互相等待 的效果蚕捉,那應(yīng)該怎么來實(shí)現(xiàn)呢?
上面的 CountDownLatch 可以用來倒計(jì)數(shù)柴淘,但當(dāng)計(jì)數(shù)完畢迫淹,只有一個(gè)線程的 await() 會(huì)得到響應(yīng),無法讓多個(gè)線程同時(shí)觸發(fā)为严。
為了實(shí)現(xiàn)線程間互相等待這種需求敛熬,我們可以利用 CyclicBarrier 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它的基本用法是:
先創(chuàng)建一個(gè)公共 CyclicBarrier 對(duì)象第股,設(shè)置 同時(shí)等待 的線程數(shù)应民,CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
這些線程同時(shí)開始自己做準(zhǔn)備,自身準(zhǔn)備完畢后夕吻,需要等待別人準(zhǔn)備完畢诲锹,這時(shí)調(diào)用 cyclicBarrier.await(); 即可開始等待別人;
當(dāng)指定的 同時(shí)等待 的線程數(shù)都調(diào)用了 cyclicBarrier.await();時(shí)涉馅,意味著這些線程都準(zhǔn)備完畢好归园,然后這些線程才 同時(shí)繼續(xù)執(zhí)行。
實(shí)現(xiàn)代碼如下稚矿,設(shè)想有三個(gè)跑步運(yùn)動(dòng)員蔓倍,各自準(zhǔn)備好后等待其他人悬钳,全部準(zhǔn)備好后才開始跑:
1private static void runABCWhenAllReady() {
2 int runner = 3;
3 CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(runner);
4 final Random random = new Random();
5 for (char runnerName=’A’; runnerName <= ‘C’; runnerName++) {
6 final String rN = String.valueOf(runnerName);
7 new Thread(new Runnable() {
8 @Override
9 public void run() {
10 long prepareTime = random.nextInt(10000) + 100;
11
12 System.out.println(rN + “is preparing for time:” + prepareTime);
13 try {
14 Thread.sleep(prepareTime);
15 } catch (Exception e) {
16 e.printStackTrace();
17 }
18 try {
19 System.out.println(rN + “is prepared, waiting for others”);
20 cyclicBarrier.await(); // 當(dāng)前運(yùn)動(dòng)員準(zhǔn)備完畢,等待別人準(zhǔn)備好
21 } catch (InterruptedException e) {
22 e.printStackTrace();
23 } catch (BrokenBarrierException e) {
24 e.printStackTrace();
25 }
26 System.out.println(rN + “starts running”); // 所有運(yùn)動(dòng)員都準(zhǔn)備好了偶翅,一起開始跑
27 }
28 }).start();
29 }
30}
31 }
打印的結(jié)果如下:
A is preparing for time: 4131
B is preparing for time: 6349
C is preparing for time: 8206
A is prepared, waiting for others
B is prepared, waiting for others
C is prepared, waiting for others
C starts running
A starts running
B starts running
子線程完成某件任務(wù)后默勾,把得到的結(jié)果回傳給主線程
實(shí)際的開發(fā)中,我們經(jīng)常要?jiǎng)?chuàng)建子線程來做一些耗時(shí)任務(wù)聚谁,然后把任務(wù)執(zhí)行結(jié)果回傳給主線程使用母剥,這種情況在 Java 里要如何實(shí)現(xiàn)呢?
回顧線程的創(chuàng)建形导,我們一般會(huì)把 Runnable 對(duì)象傳給 Thread 去執(zhí)行环疼。Runnable定義如下:
1public interface Runnable {
public abstract void run();
}
可以看到 run() 在執(zhí)行完后不會(huì)返回任何結(jié)果。那如果希望返回結(jié)果呢朵耕?這里可以利用另一個(gè)類似的接口類 Callable:
1@FunctionalInterface
2public interface Callable {
3 /**
4 * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
5 *
6 * @return computed result
7 * @throws Exception if unable to compute a result
8 */
9 V call() throws Exception;
10}
可以看出 Callable 最大區(qū)別就是返回范型 V 結(jié)果炫隶。
那么下一個(gè)問題就是,如何把子線程的結(jié)果回傳回來呢阎曹?在 Java 里伪阶,有一個(gè)類是配合 Callable 使用的:FutureTask,不過注意处嫌,它獲取結(jié)果的 get 方法會(huì)阻塞主線程栅贴。
舉例,我們想讓子線程去計(jì)算從 1 加到 100熏迹,并把算出的結(jié)果返回到主線程檐薯。
1private static void doTaskWithResultInWorker() {
2 Callable callable = new Callable() {
3 @Override
4 public Integer call() throws Exception {
5 System.out.println(“Task starts”);
6 Thread.sleep(1000);
7 int result = 0;
8 for (int i=0; i<=100; i++) {
9 result += i;
10 }
11 System.out.println(“Task finished and return result”);
12 return result;
13 }
14 };
15 FutureTask futureTask = new FutureTask<>(callable);
16 new Thread(futureTask).start();
17 try {
18 System.out.println(“Before futureTask.get()”);
19 System.out.println(“Result:” + futureTask.get());
20 System.out.println(“After futureTask.get()”);
21 } catch (InterruptedException e) {
22 e.printStackTrace();
23 } catch (ExecutionException e) {
24 e.printStackTrace();
25 }
26}
打印結(jié)果如下:
Before futureTask.get()
Task starts
Task finished and return result
Result: 5050
After futureTask.get()
可以看到,主線程調(diào)用 futureTask.get() 方法時(shí)阻塞主線程注暗;然后 Callable 內(nèi)部開始執(zhí)行坛缕,并返回運(yùn)算結(jié)果;此時(shí) futureTask.get() 得到結(jié)果捆昏,主線程恢復(fù)運(yùn)行赚楚。
這里我們可以學(xué)到,通過 FutureTask 和 Callable 可以直接在主線程獲得子線程的運(yùn)算結(jié)果屡立,只不過需要阻塞主線程直晨。當(dāng)然搀军,如果不希望阻塞主線程膨俐,可以考慮利用 ExecutorService,把 FutureTask 放到線程池去管理執(zhí)行罩句。
小結(jié):多線程是現(xiàn)代語言的共同特性焚刺,而線程間通信、線程同步门烂、線程安全是很重要的話題乳愉。本文針對(duì) Java 的線程間通信進(jìn)行了大致的講解兄淫,后續(xù)還會(huì)對(duì)線程同步、線程安全進(jìn)行講解蔓姚。 大家可以點(diǎn)擊加入群:478052716【JAVA高級(jí)程序員】里面有Java高級(jí)大牛直播講解知識(shí)點(diǎn) 走的就是高端路線(如果你想跳槽換工作 但是技術(shù)又不夠 或者工作上遇到了瓶頸 我這里有一個(gè)JAVA的免費(fèi)直播課程 講的是高端的知識(shí)點(diǎn)基礎(chǔ)不好的勿入喲 只要你有1-5年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)可以加群找我要課堂鏈接 注意:是免費(fèi)的 沒有開發(fā)經(jīng)驗(yàn)勿入哦)