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标题: [石家庄校区]Java中的线程间通信 [打印本页]

作者: 欢迎光临 时间: 2017-10-11 10:30
标题: [石家庄校区]Java中的线程间通信
本帖最后由欢迎光临于 2018-3-8 17:05 编辑

正常情况下，每个子线程完成各自的任务就可以结束了。不过有的时候，我们希望多个线程协同工作来完成某个任务，这时就涉及到了线程间通信了。

下面我从几个例子作为切入点来讲解下 Java 里有哪些方法来实现线程间通信。

如何让两个线程依次执行？
那如何让两个线程按照指定方式有序交叉运行呢？
四个线程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全执行完毕后才执行，而且 A B C 是同步运行的
三个运动员各自准备，等到三个人都准备好后，再一起跑
子线程完成某件任务后，把得到的结果回传给主线程

如何让两个线程依次执行？

假设有两个线程，一个是线程 A，另一个是线程 B，两个线程分别依次打印 1-3 三个数字即可。我们来看下代码：

[Java] 纯文本查看 复制代码

private static void demo1() {

    Thread A = new Thread(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            printNumber("A");

        }

    });

    Thread B = new Thread(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            printNumber("B");

        }

    });

    A.start();

    B.start();

}

其中的 printNumber(String) 实现如下，用来依次打印 1, 2, 3 三个数字：

[Java] 纯文本查看 复制代码

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);

    }

}

这时我们得到的结果是：

[Java] 纯文本查看 复制代码

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 是同时打印的。

那么，如果我们希望 B 在 A 全部打印完后再开始打印呢？我们可以利用 thread.join() 方法，代码如下:

[Java] 纯文本查看 复制代码

private static void demo2() {

    Thread A = new Thread(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            printNumber("A");

        }

    });

    Thread B = new Thread(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            System.out.println("B 开始等待 A");

            try {

                A.join();

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

            printNumber("B");

        }

    });

    B.start();

    A.start();

}

得到的结果如下：

[Java] 纯文本查看 复制代码

B 开始等待 A

A print: 1

A print: 2

A print: 3

 

B print: 1

B print: 2

B print: 3

所以我们能看到 A.join() 方法会让 B 一直等待直到 A 运行完毕。

那如何让两个线程按照指定方式有序交叉运行呢？

还是上面那个例子，我现在希望 A 在打印完 1 后，再让 B 打印 1, 2, 3，最后再回到 A 继续打印 2, 3。这种需求下，显然 Thread.join() 已经不能满足了。我们需要更细粒度的锁来控制执行顺序。

这里，我们可以利用 object.wait() 和 object.notify() 两个方法来实现。代码如下：

[Java] 纯文本查看 复制代码

/**

 * A 1, B 1, B 2, B 3, A 2, A 3

 */

private static void demo3() {

    Object lock = new Object();

    Thread A = new Thread(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            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(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            synchronized (lock) {

                System.out.println("B 1");

                System.out.println("B 2");

                System.out.println("B 3");

                lock.notify();

            }

        }

    });

    A.start();

    B.start();

打印结果如下：

[Java] 纯文本查看 复制代码

A 1

A waiting…

 

B 1

B 2

B 3

A 2

A 3

正是我们要的结果。

那么，这个过程发生了什么呢？

首先创建一个 A 和 B 共享的对象锁 lock = new Object();
当 A 得到锁后，先打印 1，然后调用 lock.wait() 方法，交出锁的控制权，进入 wait 状态；
对 B 而言，由于 A 最开始得到了锁，导致 B 无法执行；直到 A 调用 lock.wait() 释放控制权后， B 才得到了锁；
B 在得到锁后打印 1， 2， 3；然后调用 lock.notify() 方法，唤醒正在 wait 的 A;
A 被唤醒后，继续打印剩下的 2，3。

为了更好理解，我在上面的代码里加上 log 方便读者查看。

[Java] 纯文本查看 复制代码

private static void demo3() {

    Object lock = new Object();

    Thread A = new Thread(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            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(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            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();

}

打印结果如下:

[Java] 纯文本查看 复制代码

INFO: A 等待锁

INFO: A 得到了锁 lock

A 1

INFO: A 准备进入等待状态，调用 lock.wait() 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 lock.notify() 方法

INFO: 有人唤醒了 A, A 重新获得锁 lock

A 2

A 3

四个线程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全执行完毕后才执行，而且 A B C 是同步运行的

最开始我们介绍了 thread.join()，可以让一个线程等另一个线程运行完毕后再继续执行，那我们可以在 D 线程里依次 join A B C，不过这也就使得 A B C 必须依次执行，而我们要的是这三者能同步运行。

或者说，我们希望达到的目的是：A B C 三个线程同时运行，各自独立运行完后通知 D；对 D 而言，只要 A B C 都运行完了，D 再开始运行。针对这种情况，我们可以利用 CountdownLatch 来实现这类通信方式。它的基本用法是：

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。

实现代码如下：

[Java] 纯文本查看 复制代码

private static void runDAfterABC() {

    int worker = 3;

    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(worker);

    new Thread(new Runnable() {

        @Override

        public void run() {

            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(new Runnable() {

            @Override

            public void run() {

                System.out.println(tN + "is working");

                try {

                    Thread.sleep(100);

                } catch (Exception e) {

                    e.printStackTrace();

                }

                System.out.println(tN + "finished");

                countDownLatch.countDown();

            }

        }).start();

    }

}

下面是运行结果：

[Java] 纯文本查看 复制代码

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

其实简单点来说，CountDownLatch 就是一个倒计数器，我们把初始计数值设置为3，当 D 运行时，先调用 countDownLatch.await() 检查计数器值是否为 0，若不为 0 则保持等待状态；当A B C 各自运行完后都会利用countDownLatch.countDown()，将倒计数器减 1，当三个都运行完后，计数器被减至 0；此时立即触发 D 的 await() 运行结束，继续向下执行。

因此，CountDownLatch 适用于一个线程去等待多个线程的情况。

节选自ImportNew

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