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。 evJ.<{M
本文涉及到的知识点:thread.join(), object.wait(), object.notify(), CountdownLatch, CyclicBarrier, FutureTask, Callable 等。 O,A{3DAe0
本文涉及代码: lu6(C
https://github.com/wingjay/HelloJava/blob/master/multi-thread/src/ForArticle.java i@R
1/M
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。 8'r[te4,
如何让两个线程依次执行? &l[$*<P5V
那如何让 两个线程按照指定方式有序交叉运行呢? ,i@:5X/t
四个线程 A B C D,其中 D 要等到 A B C 全执行完毕后才执行,而且 A B C 是同步运行的 C{XmVc.
三个运动员各自准备,等到三个人都准备好后,再一起跑 -7(@1@1
子线程完成某件任务后,把得到的结果回传给主线程
EUgs6[w 4
如何让两个线程依次执行? ]]juN
假设有两个线程,一个是线程 A,另一个是线程 B,两个线程分别依次打印 1-3 三个数字即可。我们来看下代码: 63~
E#Dt4
1private static void demo1() { "2T#MO/
2 Thread A = new Thread(new Runnable() { .k
\@zQ|Ta
3 @Override B !=F2
4 public void run() { -\n@%$M]G
5 printNumber(“A”); P}G+4Sk
6 } PIpi1v*qz
7 }); }Ys>(w
8 Thread B = new Thread(new Runnable() { iRi-cQVy
9 @Override SN!?}<|U
10 public void run() { 5-xX8-ElYz
11 printNumber(“B”); -8rjgB~."/
12 } *U\`CXn;
13 }); 6qd\)q6T&x
14 A.start(); fe#\TNeQJ[
15 B.start(); rI-%be==
16} mcX/GO}
其中的 printNumber(String) 实现如下,用来依次打印 1, 2, 3 三个数字:
U2~kJ
1private static void printNumber(String threadName) { 5RpjN: 3
2 int i=0; =6|&Jt
3 while (i++ < 3) { -{vKus
4 try { y%bF&
5 Thread.sleep(100); \A6B,|@
6 } catch (InterruptedException e) { f!
.<$ih
7 e.printStackTrace(); r!a3\ep
8 } yD6[\'%
9 System.out.println(threadName + “print:” + i); r s?R:+
10 } y[_Q-
11} '1)$'
这时我们得到的结果是: \qK&q
B print: 1 yw3$2EW
A print: 1 B\:%ufd
~
B print: 2 Jl9k``r*
A print: 2 ^J8lBLqe
B print: 3 2q4<t:!
A print: 3 xZF}D/S?Ov
可以看到 A 和 B 是同时打印的。 pDCeQ6?
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: 0aa&m[Mk
1private static void demo2() { tWa)_y
2 Thread A = new Thread(new Runnable() { 4G>H
3 @Override dIBE!4 V[
4 public void run() { Q=20IQp
5 printNumber(“A”); @qlK6tE`
6 } o\pVp bB
7 }); q,eVjtF
8 Thread B = new Thread(new Runnable() { 1.9}_4!
9 @Override [ $n_6
10 public void run() { zEy N)
11 System.out.println(“B 开始等待 A”); K_ ~"}
12 try { k<{{*
13 A.join(); xJ)n4)
14 } catch (InterruptedException e) { //<nr\oP
15 e.printStackTrace(); ,.1Psz^U
16 } Mz~D#6=
17 printNumber(“B”); iBgx
18 } .KUv(-
19 }); l
+OFw)8od
20 B.start(); &&:YVd
21 A.start(); C-MjJ6D<
22} y)!5R 3b
得到的结果如下: i,4>0o?
B 开始等待 A 04l!:Tp,
A print: 1 9!}8UALD
A print: 2 {|:;]T"y
A print: 3 emPM4iG?!
B print: 1 0dhaAq`k
B print: 2 iJ3e1w$
B print: 3 H>B&|BO_[
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。 c~uKsU
那如何让 两个线程按照指定方式有序交叉运行呢? tL)t" i
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。 5Qn
'
这里,我们可以利用 object.wait() 和 object.notify() 两个方法来实现。代码如下: f;gw"onx8F
1/**
)PuFuf(wz
2 * A 1, B 1, B 2, B 3, A 2, A 3 nV:LqF=
3 */ ,\n&I(
4private static void demo3() { S4Ww5G?.
5 Object lock = new Object(); lP@Ki5
6 Thread A = new Thread(new Runnable() { ?!cvf{a
7 @Override
QPg8;O
8 public void run() { _i|t
Y4L
9 synchronized (lock) { `a/%W4
10 System.out.println(“A 1”); I3mGo
11 try { d>fkA0G/9!
12 lock.wait(); A
'5,LfTu
13 } catch (InterruptedException e) { |>27B
14 e.printStackTrace(); 4^~(Mh- Mw
15 } p@5`&Em,
16 System.out.println(“A 2”); SB|Qa}62
17 System.out.println(“A 3”); /1Q(b
18 } Md2>3-
19 } 4.=3M
20 }); )V6Hl@v
21 Thread B = new Thread(new Runnable() {
!0@Yplj
22 @Override >eB\(EP
23 public void run() { G) 7;;
24 synchronized (lock) { ()+<)hg}2
25 System.out.println(“B 1”); vUU9$x
26 System.out.println(“B 2”); .my0|4CQ#@
27 System.out.println(“B 3”); Vz~nT
28 lock.notify(); 5b[jRj6
29 } vbBc}G"w
30 } cmg^J
31 }); Uo>]sNP~
32 A.start(); 7-T{a<g
33 B.start(); I`LuRlw
34} TAF
PawH
打印结果如下: {{MRELipW
A 1 7:3$Ey
A waiting… rIhl.5Y
B 1 ayD}r#7
B 2 %.
,=maA
B 3 ez^@NK
A 2 .CU5}Tv-
A 3 R_7 d@FQ1
正是我们要的结果。 (B_\TdQ
那么,这个过程发生了什么呢? ?yR&/a
首先创建一个 A 和 B 共享的对象锁 lock = new Object(); 1ilBz9x*!
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; 3G~@H>j
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; ur@Z|5
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; ;b(p=\i
A 被唤醒后,继续打印剩下的 2,3。 oifv+oY
为了更好理解,我在上面的代码里加上 log 方便读者查看。 :^x?2%
~K.
1private static void demo3() { ~-m "
2 Object lock = new Object(); xs:n\N
3 Thread A = new Thread(new Runnable() { &2zq%((r
4 @Override a@* S+3
5 public void run() { nwaxz>;
6 System.out.println(“INFO: A 等待锁”); )5U[o0td
7 synchronized (lock) { 78OIUNm`
8 System.out.println(“INFO: A 得到了锁 lock”); _DNHc*
9 System.out.println(“A 1”); G\r?f&
10 try { +g]yA3
11 System.out.println(“INFO: A 准备进入等待状态,放弃锁 lock 的控制权”); FE!lok
12 lock.wait(); zs*L~_K
13 } catch (InterruptedException e) { yH*6@P4:0=
14 e.printStackTrace(); WT`4s
15 } @kU@N?5e
16 System.out.println(“INFO: 有人唤醒了 A, A 重新获得锁 lock”); ,NVsn
17 System.out.println(“A 2”); GJp85B!PlO
18 System.out.println(“A 3”); %\r!7@Q
19 } -3lb@ 6I6
20 } hcbv;[bG
21 }); h!:~f-@j4
22 Thread B = new Thread(new Runnable() { Y> Wu
23 @Override _({A\}Q|
24 public void run() { ?6jkI2w
25 System.out.println(“INFO: B 等待锁”); *b}lF4O?
26 synchronized (lock) { @wC5 g 4E
27 System.out.println(“INFO: B 得到了锁 lock”); 3UQ;X**F
28 System.out.println(“B 1”); [[Y0
29 System.out.println(“B 2”); -!L"')
30 System.out.println(“B 3”); 2hQ>:
31 System.out.println(“INFO: B 打印完毕,调用 notify 方法”); nn9wdt@.]
32 lock.notify(); ADk8{L{UU
33 } r~n sN*t
34 } ku
a)
K!
35 }); TdGnf
36 A.start(); UaV iI/ks
37 B.start(); \Z/)Y;|mi0
38} { e5/+W
打印结果如下: ,qrQ"r9
INFO: A 等待锁 9Xo[(h)5d
INFO: A 得到了锁 lock *[R
eb%
A 1 ^ Dt#$Z
INFO: A 准备进入等待状态,调用 lock.wait() 放弃锁 lock 的控制权 j$Je6zq0x
INFO: B 等待锁 JS>Gd/Jd
INFO: B 得到了锁 lock 4T<Lgb
B 1 dG71*)<)t
B 2 #I3$3^0i#
B 3 FwZ>{~?3
INFO: B 打印完毕,调用 lock.notify() 方法 -TOI c%
INFO: 有人唤醒了 A, A 重新获得锁 lock ^T,Gu-2>
A 2 \y{Tn@7
A 3 %-AE]-/HI
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 fiN3xP]V
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。 g@Qgxsyk>
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: [e4]"v`N
创建一个计数器,设置初始值,CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2); )&<=.q
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; iTg; 7~1pY
在 其他线程 里,调用 countDownLatch.countDown() 方法,该方法会将计数值减小 1; ~E^,=4
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。 {Pu\?Cq
实现代码如下: T'aec]u
1private static void runDAfterABC() { k') E/n
2 int worker = 3; 2',w[I
3 CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(worker); FsGlJ
4 new Thread(new Runnable() { EmT`YNuc
5 @Override wB{;bB{
6 public void run() { 1uk0d`JL
7 System.out.println(“D is waiting for other three threads”); (x$9~;<S*d
8 try { R1W}dRE}
9 countDownLatch.await(); ZB[Qs
10 System.out.println(“All done, D starts working”); K!mOr
11 } catch (InterruptedException e) { nPgeLG"00
12 e.printStackTrace(); \rV
B5|D?
13 } ,xT?mt}P
14 } P0-Fc@&Y
15 }).start(); U70]!EaT
16 for (char threadName=’A’; threadName <= ‘C’; threadName++) { m G1IQ!
17 final String tN = String.valueOf(threadName); sW^a`VM
18 new Thread(new Runnable() { KYxBVgJ
19 @Override G^1b>K
20 public void run() { yRYWch
21 System.out.println(tN + “is working”); *+b6B_u]
22 try { M-uMZQe
23 Thread.sleep(100); DBs*Fx[
24 } catch (Exception e) { [!VOw@uz
25 e.printStackTrace(); n!E2_
26 } Jj^GWZRu
27 System.out.println(tN + “finished”); 9=/N|m8.
28 countDownLatch.countDown(); ^R$'eG 4L?
29 } X+n`qiwq
30 }).start(); N6[i{;K@N{
31 } NS,5/t
32} [&qA\
下面是运行结果: PZD>U)M
D is waiting for other three threads Pu>N_^ C
A is working Ut)r&?
B is working jAsO8
C is working r
CRgzC
A finished O8N[Jl
C finished ~H}en6Rc
B finished d=]U_+
All done, D starts working SgE/!+{
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。 BXUF^Hj%
因此,CountDownLatch 适用于一个线程去等待多个线程的情况。 oT|m1aGE
三个运动员各自准备,等到三个人都准备好后,再一起跑 p'{xoV
上面是一个形象的比喻,针对 线程 A B C 各自开始准备,直到三者都准备完毕,然后再同时运行 。也就是要实现一种 线程之间互相等待 的效果,那应该怎么来实现呢? WnAd5#G
上面的 CountDownLatch 可以用来倒计数,但当计数完毕,只有一个线程的 await() 会得到响应,无法让多个线程同时触发。 - n6jG}01b
为了实现线程间互相等待这种需求,我们可以利用 CyclicBarrier 数据结构,它的基本用法是: XDD<oo
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); y/@iT8$rp
这些线程同时开始自己做准备,自身准备完毕后,需要等待别人准备完毕,这时调用 cyclicBarrier.await(); 即可开始等待别人; sst,dA V$
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。 ~L+]n0*
实现代码如下,设想有三个跑步运动员,各自准备好后等待其他人,全部准备好后才开始跑: e^$j5jV
1private static void runABCWhenAllReady() { 7XyOB+aQO
2 int runner = 3; cUDg M
3 CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(runner); aP>37s
4 final Random random = new Random(); y02u?wJ
5 for (char runnerName=’A’; runnerName <= ‘C’; runnerName++) { .%0ne:5
6 final String rN = String.valueOf(runnerName); $rG<uO
7 new Thread(new Runnable() { w9#R'
8 @Override u:`y]
9 public void run() { Z# Lx_*p]Q
10 long prepareTime = random.nextInt(10000) + 100; J%dJw}
11 S9Yt 1qb
12 System.out.println(rN + “is preparing for time:” + prepareTime); R.1Xst &i
13 try { |Zq\GA
14 Thread.sleep(prepareTime); <kD#SV%"
15 } catch (Exception e) { p`+VrcCBOd
16 e.printStackTrace(); 77:'I
17 } 8t.dPy<
18 try { Ws49ImCB
19 System.out.println(rN + “is prepared, waiting for others”); DPJh5d
20 cyclicBarrier.await(); // 当前运动员准备完毕,等待别人准备好 a]VGUW-
21 } catch (InterruptedException e) { a`Z{
xme=
22 e.printStackTrace(); CJqc\I~
23 } catch (BrokenBarrierException e) { KC&`x|
24 e.printStackTrace(); ^@}#me@
25 } pX<a2FP
26 System.out.println(rN + “starts running”); // 所有运动员都准备好了,一起开始跑 nJVp.*S
27 } *PM}"s
28 }).start(); PX 3
29 } .T3=Eq&"W
30} TvrwVL)
31 } =%h~/,
打印的结果如下: [{PqV):p
A is preparing for time: 4131 !z=pP$81
B is preparing for time: 6349 O2H/rFx4
C is preparing for time: 8206 b4~H3|
A is prepared, waiting for others "oE* 9J?e
B is prepared, waiting for others p~bkf>
C is prepared, waiting for others !.+"4TF
C starts running 7>x;B
A starts running KZK,w#9.
B starts running )DZTB
子线程完成某件任务后,把得到的结果回传给主线程 J#7(]!;F
实际的开发中,我们经常要创建子线程来做一些耗时任务,然后把任务执行结果回传给主线程使用,这种情况在 Java 里要如何实现呢? vbn>mg5
回顾线程的创建,我们一般会把 Runnable 对象传给 Thread 去执行。Runnable定义如下: i f@W
]%
1public interface Runnable { zeTszT)
public abstract void run(); r69WD
.
} VBx,iuaw
可以看到 run() 在执行完后不会返回任何结果。那如果希望返回结果呢?这里可以利用另一个类似的接口类 Callable: BQ#jwu0e
1@FunctionalInterface t&"5dM\
2public interface Callable { Wg1tip8s
3 /** uJPH~mdW
4 * Computes a result, or throws an exception if unable to do so. qWB%),`j>
5 * /w~C~6z
@!
6 * @return computed result >0T3'/k<H
7 * @throws Exception if unable to compute a result W#45a.v
8 */ MYTS3(
9 V call() throws Exception; U,3d) ]Zy&
10} sfC@*Y2XT
可以看出 Callable 最大区别就是返回范型 V 结果。 d[U1.SNL
那么下一个问题就是,如何把子线程的结果回传回来呢?在 Java 里,有一个类是配合 Callable 使用的:FutureTask,不过注意,它获取结果的 get 方法会阻塞主线程。 XZ@>]P
举例,我们想让子线程去计算从 1 加到 100,并把算出的结果返回到主线程。 s,
-*q}
1private static void doTaskWithResultInWorker() { l%bq2,-%
2 Callable callable = new Callable() { K.h]JD]o
3 @Override /.-m}0h|W-
4 public Integer call() throws Exception { /\~W$.c
5 System.out.println(“Task starts”); '
C6:e?R
6 Thread.sleep(1000); Q2$/e+
7 int result = 0; e3rfXhp
8 for (int i=0; i<=100; i++) { nh|EZp]
9 result += i; -4`sqv ]
10 } 36i_D6
11 System.out.println(“Task finished and return result”); B'/Icg.T
12 return result; Fc{((x s
13 } ^8\Y`Z0%
14 }; g _x\T+=
15 FutureTask futureTask = new FutureTask<>(callable); eH
`t \n
16 new Thread(futureTask).start(); 0hZxN2r
17 try { ws().IZ
18 System.out.println(“Before futureTask.get()”); 6)+9G_
19 System.out.println(“Result:” + futureTask.get()); $Q,n+ /
20 System.out.println(“After futureTask.get()”); 'Ix5,^M}B
21 } catch (InterruptedException e) { +cw{aI`a8
22 e.printStackTrace(); *p"O*zj
23 } catch (ExecutionException e) { {"\q(R0
24 e.printStackTrace(); YRu%j4Tx
25 } <mn-=#)
26} S
`wE$so>
打印结果如下: }9FD/
Before futureTask.get() EUXV/QV{
Task starts ty9rH=1
Task finished and return result %)dI2 J^Xf
Result: 5050 z,os
MS
After futureTask.get() 9OhR41B
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。 1+FYjh!2t
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。 T*p|'Q`
小结 L<"k7)k
多线程是现代语言的共同特性,而线程间通信、线程同步、线程安全是很重要的话题。本文针对 Java 的线程间通信进行了大致的讲解,后续还会对线程同步、线程安全进行讲解 7~lB}$L