【转】Java里如何实现线程间通信
正常情況下，每個子線程完成各自的任務就可以結束了。不過有的時候，我們希望多個線程協同工作來完成某個任務，這時就涉及到了線程間通信了。
本文涉及到的知識點：thread.join(), object.wait(), object.notify(), CountdownLatch, CyclicBarrier, FutureTask, Callable 等。
本文涉及代碼：
https://github.com/wingjay/HelloJava/blob/master/multi-thread/src/ForArticle.java
下面我從幾個例子作為切入點來講解下 Java 里有哪些方法來實現線程間通信。
- 如何讓兩個線程依次執行？
- 那如何讓兩個線程按照指定方式有序交叉運行呢？
- 四個線程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全執行完畢后才執行，而且 A B C 是同步運行的
- 三個運動員各自準備，等到三個人都準備好后，再一起跑
- 子線程完成某件任務后，把得到的結果回傳給主線程
如何讓兩個線程依次執行？
假設有兩個線程，一個是線程 A，另一個是線程 B，兩個線程分別依次打印 1-3 三個數字即可。我們來看下代碼：
1 private 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) 實現如下，用來依次打印 1, 2, 3 三個數字：
1 private 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 }這時我們得到的結果是：
1 B print: 1 2 A print: 1 3 B print: 2 4 A print: 2 5 B print: 3 6 A print: 3可以看到 A 和 B 是同時打印的。
那么，如果我們希望 B 在 A 全部打印 完后再開始打印呢？我們可以利用 thread.join() 方法，代碼如下:
1 private 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 }得到的結果如下：
1 B 開始等待 A 2 A print: 1 3 A print: 2 4 A print: 3 5 6 B print: 1 7 B print: 2 8 B print: 3所以我們能看到 A.join() 方法會讓 B一直等待直到 A 運行完畢。
那如何讓 兩個線程按照指定方式有序交叉運行呢？
還是上面那個例子，我現在希望 A 在打印完 1 后，再讓 B 打印 1, 2, 3，最后再回到 A 繼續打印 2, 3。這種需求下，顯然 Thread.join() 已經不能滿足了。我們需要更細粒度的鎖來控制執行順序。
這里，我們可以利用 object.wait() 和 object.notify() 兩個方法來實現。代碼如下：
1 /** 2 * A 1, B 1, B 2, B 3, A 2, A 3 3 */ 4 private 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 }打印結果如下：
1 A 1 2 A waiting… 3 4 B 1 5 B 2 6 B 3 7 A 2 8 A 3正是我們要的結果。
那么，這個過程發生了什么呢？
為了更好理解，我在上面的代碼里加上 log 方便讀者查看。
1 private 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 準備進入等待狀態，放棄鎖 lock 的控制權"); 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，調用 notify 方法"); 32 lock.notify(); 33 } 34 } 35 }); 36 A.start(); 37 B.start(); 38 }打印結果如下:
1 INFO: A 等待鎖 2 INFO: A 得到了鎖 lock 3 A 1 4 INFO: A 準備進入等待狀態，調用 lock.wait() 放棄鎖 lock 的控制權 5 INFO: B 等待鎖 6 INFO: B 得到了鎖 lock 7 B 1 8 B 2 9 B 3 10 INFO: B 打印完畢，調用 lock.notify() 方法 11 INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 lock 12 A 2 13 A 3四個線程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全執行完畢后才執行，而且 A B C 是同步運行的
最開始我們介紹了 thread.join()，可以讓一個線程等另一個線程運行完畢后再繼續執行，那我們可以在 D 線程里依次 join A B C，不過這也就使得 A B C 必須依次執行，而我們要的是這三者能同步運行。
或者說，我們希望達到的目的是：A B C 三個線程同時運行，各自獨立運行完后通知 D；對 D 而言，只要 A B C 都運行完了，D 再開始運行。針對這種情況，我們可以利用 CountdownLatch 來實現這類通信方式。它的基本用法是：
實現代碼如下：
1 private 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 }下面是運行結果：
1 D is waiting for other three threads 2 A is working 3 B is working 4 C is working 5 6 A finished 7 C finished 8 B finished 9 All done, D starts working其實簡單點來說，CountDownLatch 就是一個倒計數器，我們把初始計數值設置為3，當 D 運行時，先調用 countDownLatch.await() 檢查計數器值是否為 0，若不為 0 則保持等待狀態；當A B C 各自運行完后都會利用countDownLatch.countDown()，將倒計數器減 1，當三個都運行完后，計數器被減至 0；此時立即觸發 D 的 await() 運行結束，繼續向下執行。
因此，CountDownLatch 適用于一個線程去等待多個線程的情況。
三個運動員各自準備，等到三個人都準備好后，再一起跑
上面是一個形象的比喻，針對 線程 A B C 各自開始準備，直到三者都準備完畢，然后再同時運行 。也就是要實現一種 線程之間互相等待 的效果，那應該怎么來實現呢？
上面的 CountDownLatch 可以用來倒計數，但當計數完畢，只有一個線程的 await() 會得到響應，無法讓多個線程同時觸發。
為了實現線程間互相等待這種需求，我們可以利用 CyclicBarrier 數據結構，它的基本用法是：
實現代碼如下，設想有三個跑步運動員，各自準備好后等待其他人，全部準備好后才開始跑：
1 private 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 System.out.println(rN + "is preparing for time:" + prepareTime); 12 try { 13 Thread.sleep(prepareTime); 14 } catch (Exception e) { 15 e.printStackTrace(); 16 } 17 try { 18 System.out.println(rN + "is prepared, waiting for others"); 19 cyclicBarrier.await(); // 當前運動員準備完畢，等待別人準備好 20 } catch (InterruptedException e) { 21 e.printStackTrace(); 22 } catch (BrokenBarrierException e) { 23 e.printStackTrace(); 24 } 25 System.out.println(rN + "starts running"); // 所有運動員都準備好了，一起開始跑 26 } 27 }).start(); 28 } 29 }打印的結果如下：
1 A is preparing for time: 4131 2 B is preparing for time: 6349 3 C is preparing for time: 8206 4 5 A is prepared, waiting for others 6 7 B is prepared, waiting for others 8 9 C is prepared, waiting for others 10 11 C starts running 12 A starts running 13 B starts running子線程完成某件任務后，把得到的結果回傳給主線程
實際的開發中，我們經常要創建子線程來做一些耗時任務，然后把任務執行結果回傳給主線程使用，這種情況在 Java 里要如何實現呢？
回顧線程的創建，我們一般會把 Runnable 對象傳給 Thread 去執行。Runnable定義如下：
1 public interface Runnable { 2 public abstract void run(); 3 }可以看到 run() 在執行完后不會返回任何結果。那如果希望返回結果呢？這里可以利用另一個類似的接口類 Callable：
1 @FunctionalInterface 2 public interface Callable<V> { 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 最大區別就是返回范型 V 結果。
那么下一個問題就是，如何把子線程的結果回傳回來呢？在 Java 里，有一個類是配合 Callable 使用的：FutureTask，不過注意，它獲取結果的 get 方法會阻塞主線程。
舉例，我們想讓子線程去計算從 1 加到 100，并把算出的結果返回到主線程。
1 private static void doTaskWithResultInWorker() { 2 Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() { 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<Integer> 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 }打印結果如下：
1 Before futureTask.get() 2 3 Task starts 4 Task finished and return result 5 6 Result: 5050 7 After futureTask.get()可以看到，主線程調用 futureTask.get() 方法時阻塞主線程；然后 Callable 內部開始執行，并返回運算結果；此時 futureTask.get() 得到結果，主線程恢復運行。
這里我們可以學到，通過 FutureTask 和 Callable 可以直接在主線程獲得子線程的運算結果，只不過需要阻塞主線程。當然，如果不希望阻塞主線程，可以考慮利用 ExecutorService，把 FutureTask 放到線程池去管理執行。
轉載于:https://www.cnblogs.com/pingfan21/p/9112156.html
《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀總結
以上是生活随笔為你收集整理的【转】Java里如何实现线程间通信的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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