2. 程式人生 > >Java 裡如何實現執行緒間通訊？

Java 裡如何實現執行緒間通訊？

阿新 • • 發佈：2019-02-11

正常情況下，每個子執行緒完成各自的任務就可以結束了。不過有的時候，我們希望多個執行緒協同工作來完成某個任務，這時就涉及到了執行緒間通訊了。

本文涉及到的知識點：thread.join(), object.wait(), object.notify(), CountdownLatch, CyclicBarrier, FutureTask, Callable 等。

本文涉及程式碼：

下面我從幾個例子作為切入點來講解下 Java 裡有哪些方法來實現執行緒間通訊。

  • 如何讓兩個執行緒依次執行？
  • 那如何讓 兩個執行緒按照指定方式有序交叉執行呢？
  • 四個執行緒 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全執行完畢後才執行，而且 A B C 是同步執行的
  • 三個運動員各自準備，等到三個人都準備好後，再一起跑
  • 子執行緒完成某件任務後，把得到的結果回傳給主執行緒

如何讓兩個執行緒依次執行？

假設有兩個執行緒，一個是執行緒 A，另一個是執行緒 B，兩個執行緒分別依次列印 1-3 三個數字即可。我們來看下程式碼：

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) 實現如下，用來依次列印 1, 2, 3 三個數字：

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);
    }
}

可以看到 A 和 B 是同時列印的。

那麼，如果我們希望 B 在 A 全部列印 完後再開始列印呢？我們可以利用 thread.join() 方法，程式碼如下:

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 開始等待 A");
            try {
                A.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            printNumber("B");
        }
    });
    B.start();
    A.start();
}
得到的結果如下：
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() 方法會讓 B 一直等待直到 A 執行完畢。

那如何讓 兩個執行緒按照指定方式有序交叉執行呢？

還是上面那個例子，我現在希望 A 在列印完 1 後，再讓 B 列印 1, 2, 3，最後再回到 A 繼續列印 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。

這裡，我們可以利用 object.wait() 和 object.notify() 兩個方法來實現。程式碼如下：

/**
 * 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();
}

列印結果如下：

A 1
A waiting…
 
B 1
B 2
B 3
A 2
A 3

正是我們要的結果。

那麼，這個過程發生了什麼呢？

  1. 首先建立一個 A 和 B 共享的物件鎖 lock = new Object();
  2. 當 A 得到鎖後，先列印 1，然後呼叫 lock.wait() 方法，交出鎖的控制權，進入 wait 狀態；
  3. 對 B 而言，由於 A 最開始得到了鎖，導致 B 無法執行；直到 A 呼叫 lock.wait() 釋放控制權後， B 才得到了鎖；
  4. B 在得到鎖後列印 1， 2， 3；然後呼叫 lock.notify() 方法，喚醒正在 wait 的 A;
  5. A 被喚醒後，繼續列印剩下的 2，3。

為了更好理解，我在上面的程式碼里加上 log 方便讀者檢視。

private static void demo3() {
    Object lock = new Object();
    Thread A = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("INFO: A 等待鎖");
            synchronized (lock) {
                System.out.println("INFO: A 得到了鎖 lock");
                System.out.println("A 1");
                try {
                    System.out.println("INFO: A 準備進入等待狀態，放棄鎖 lock 的控制權");
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 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 等待鎖");
            synchronized (lock) {
                System.out.println("INFO: B 得到了鎖 lock");
                System.out.println("B 1");
                System.out.println("B 2");
                System.out.println("B 3");
                System.out.println("INFO: B 列印完畢，呼叫 notify 方法");
                lock.notify();
            }
        }
    });
    A.start();
    B.start();
}
列印結果如下:
INFO: A 等待鎖
INFO: A 得到了鎖 lock
A 1
INFO: A 準備進入等待狀態，呼叫 lock.wait() 放棄鎖 lock 的控制權
INFO: B 等待鎖
INFO: B 得到了鎖 lock
B 1
B 2
B 3
INFO: B 列印完畢，呼叫 lock.notify() 方法
INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 lock
A 2
A 3

四個執行緒 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全執行完畢後才執行，而且 A B C 是同步執行的

最開始我們介紹了 thread.join()，可以讓一個執行緒等另一個執行緒執行完畢後再繼續執行，那我們可以在 D 執行緒裡依次 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執行。

或者說，我們希望達到的目的是：A B C 三個執行緒同時執行，各自獨立執行完後通知 D；對 D 而言，只要 A B C 都執行完了，D 再開始執行。針對這種情況，我們可以利用 CountdownLatch 來實現這類通訊方式。它的基本用法是：

  1. 建立一個計數器，設定初始值，CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
  2. 在 等待執行緒 裡呼叫 countDownLatch.await() 方法，進入等待狀態，直到計數值變成 0；
  3. 在 其他執行緒 裡，呼叫 countDownLatch.countDown() 方法，該方法會將計數值減小 1；
  4. 當 其他執行緒 的 countDown() 方法把計數值變成 0 時，等待執行緒 裡的 countDownLatch.await() 立即退出，繼續執行下面的程式碼。

實現程式碼如下：

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();
    }
}

下面是執行結果：

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

其實簡單點來說，CountDownLatch 就是一個倒計數器，我們把初始計數值設定為3，當 D 執行時，先呼叫 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 各自執行完後都會利用countDownLatch.countDown()，將倒計數器減 1，當三個都執行完後，計數器被減至 0；此時立即觸發 D 的 await() 執行結束，繼續向下執行。

因此，CountDownLatch 適用於一個執行緒去等待多個執行緒的情況。

三個運動員各自準備，等到三個人都準備好後，再一起跑

上面是一個形象的比喻，針對 執行緒 A B C 各自開始準備，直到三者都準備完畢，然後再同時執行 。也就是要實現一種 執行緒之間互相等待 的效果，那應該怎麼來實現呢？

上面的 CountDownLatch 可以用來倒計數，但當計數完畢，只有一個執行緒的 await() 會得到響應，無法讓多個執行緒同時觸發。

為了實現執行緒間互相等待這種需求，我們可以利用 CyclicBarrier 資料結構，它的基本用法是：

  1. 先建立一個公共 CyclicBarrier 物件，設定 同時等待 的執行緒數，CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
  2. 這些執行緒同時開始自己做準備，自身準備完畢後，需要等待別人準備完畢，這時呼叫 cyclicBarrier.await(); 即可開始等待別人；
  3. 當指定的 同時等待 的執行緒數都呼叫了 cyclicBarrier.await();時，意味著這些執行緒都準備完畢好，然後這些執行緒才 同時繼續執行。

實現程式碼如下，設想有三個跑步運動員，各自準備好後等待其他人，全部準備好後才開始跑：

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(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                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(); // 當前運動員準備完畢，等待別人準備好
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(rN + "starts running"); // 所有運動員都準備好了，一起開始跑
            }
        }).start();
    }
}
列印的結果如下：
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

子執行緒完成某件任務後，把得到的結果回傳給主執行緒

實際的開發中，我們經常要建立子執行緒來做一些耗時任務，然後把任務執行結果回傳給主執行緒使用，這種情況在 Java 裡要如何實現呢？

回顧執行緒的建立，我們一般會把 Runnable 物件傳給 Thread 去執行。Runnable定義如下：

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
可以看到 run() 在執行完後不會返回任何結果。那如果希望返回結果呢？這裡可以利用另一個類似的介面類 Callable：
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

可以看出 Callable 最大區別就是返回範型 V 結果。

那麼下一個問題就是，如何把子執行緒的結果回傳回來呢？在 Java 裡，有一個類是配合 Callable 使用的：FutureTask，不過注意，它獲取結果的 get 方法會阻塞主執行緒。

舉例，我們想讓子執行緒去計算從 1 加到 100，並把算出的結果返回到主執行緒。

private static void doTaskWithResultInWorker() {
    Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            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();
    }
}

列印結果如下：

Before futureTask.get()
 
Task starts
Task finished and return result
 
Result: 5050
After futureTask.get()

可以看到，主執行緒呼叫 futureTask.get() 方法時阻塞主執行緒；然後 Callable 內部開始執行，並返回運算結果；此時 futureTask.get() 得到結果，主執行緒恢復執行。

這裡我們可以學到，通過 FutureTask 和 Callable 可以直接在主執行緒獲得子執行緒的運算結果，只不過需要阻塞主執行緒。當然，如果不希望阻塞主執行緒，可以考慮利用 ExecutorService，把 FutureTask 放到執行緒池去管理執行。

小結

多執行緒是現代語言的共同特性，而執行緒間通訊、執行緒同步、執行緒安全是很重要的話題。本文針對 Java 的執行緒間通訊進行了大致的講解，後續還會對執行緒同步、執行緒安全進行講解

相關推薦

Java 裡實現執行緒間通訊

正常情況下，每個子執行緒完成各自的任務就可以結束了。不過有的時候，我們希望多個執行緒協同工作來完成某個任務，這時就涉及到了執行緒間通訊了。 本文涉及到的知識點：thread.join(), object.wait(), object.notify(), C

Java 如何實現執行緒間通訊？

正常情況下，每個子執行緒完成各自的任務就可以結束了。不過有的時候，我們希望多個執行緒協同工作來完成某個任務，這時就涉及到了執行緒間通訊了。 本文涉及到的知識點： thread.join(), object.wait(), object.notify(), Countdown

Java 如何實現執行緒間通訊？（notify、join、CountdownLatch、CyclicBarrier、FutureTask、Callable ）

  轉自：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njc5NjM1NQ==&mid=2247486499&idx=1&sn=d3f2d6959df7299bfbe2d663f6c4d353&chksm=ebd6330fdca1ba1

Java 裡如何實現執行緒間通訊？

正常情況下，每個子執行緒完成各自的任務就可以結束了。不過有的時候，我們希望多個執行緒協同工作來完成某個任務，這時就涉及到了執行緒間通訊了。本文涉及到的知識點：thread.join(), object.wait(), object.notify(), CountdownLat

Java利用wait和notify實現執行緒間通訊

       Java的Object類提供了wait和notify方法用於實現執行緒間通訊(因為所有的java類都繼承了Object類，所以所有的java類都有這兩個方法)。這兩個方法在Object類中籤名如下： pu

Java併發程式設計（10）:使用wait/notify/notifyAll實現執行緒間通訊的幾點重要說明

在Java中，可以通過配合呼叫Object物件的wait（）方法和notify（）方法或notifyAll（）方法來實現執行緒間的通訊。線上程中呼叫wait（）方法，將阻塞等待其他執行緒的通知（其他執行緒呼叫notify（）方法或notifyAll（）方法），線上程中呼叫notify（）方法或notifyAl

java實現執行緒間通訊

正常情況下，每個子執行緒完成各自的任務就可以結束了。不過有的時候，我們希望多個執行緒協同工作來完成某個任務，這時就涉及到了執行緒間通訊了。 本文涉及到的知識點： thread.join(), object.wait(), object.notify(),

java實現執行緒間通訊的四種方式

本文主要針對JAVA多執行緒中執行緒之間的通訊方式進行分析解釋，主要以程式碼結合文字的方式來討論執行緒間的通訊。 synchronized同步 public class MyObject { synchronized public void m

【Java併發程式設計】之十：使用wait/notify/notifyAll實現執行緒間通訊的幾點重要說明

在Java中，可以通過配合呼叫Object物件的wait（）方法和notify（）方法或notifyAll（）方法來實現執行緒間的通訊。線上程中呼叫wait（）方法，將阻塞等待其他執行緒的通知（其

[one_demo_17]使用傳統方式實現執行緒間通訊的例子

題目： 子執行緒迴圈10次，接著到主執行緒迴圈10次；接著又回到子執行緒迴圈10次，接著又到主執行緒迴圈10次，如此迴圈50次。 使用Object的wait()和notify()方法實現。 Java程式碼 第一種，不使用面向物件的思想實現 /** * 練習執行緒間通訊 *

Java 併發：執行緒間通訊與協作

摘要： 　　執行緒與執行緒之間不是相互獨立的個體，它們彼此之間需要相互通訊和協作，最典型的例子就是生產者-消費者問題。本文首先介紹 wait/notify 機制，並對實現該機制的兩種方式——synchronized+wait-notify模式和Lock+Con

juc包：使用 juc 包下的顯式 Lock 實現執行緒間通訊

# 一、前置知識 執行緒間通訊三要素： 多執行緒+**判斷**+操作+**通知**+資源類。 上面的五個要素，其他三個要素就是普通的多執行緒程式問題，那麼通訊就需要執行緒間的互相通知，往往伴隨著何時通訊的判斷邏輯。 在 java 的 Object 類裡就提供了對應的方法來進行通知，同樣的，保證

java實現執行緒間的通訊

本文章旨在記錄java執行緒之間通訊的使用方法（學習為主），文中涉及的程式碼非原創。 來源：http://wingjay.com 如何讓兩個執行緒同時執行？ public class threadTest { public static void main(String

Java多執行緒程式設計--使用Lock物件實現同步以及執行緒間通訊

前幾篇： 在《Java多執行緒程式設計-（4）-執行緒間通訊機制的介紹與使用》已經學習了，可以使用方法wait/notify 結合同步關鍵字syn

Java多執行緒程式設計-（5）-使用Lock物件實現同步以及執行緒間通訊

前幾篇： 在《Java多執行緒程式設計-（4）-執行緒間通訊機制的介紹與使用》已經學習了，可以使用方法wait/notify 結合同步關鍵字syn

Java併發讀書筆記：如何實現執行緒間正確通訊

目錄 一、synchronized 與 volatile 二、等待/通知機制 等待 通知 面試常問的幾個問題 sleep方法和wait方法的區別 關於放棄物件監

wait和notify方法實現執行緒間的通訊

    使用wait和notify方法實現執行緒間的通訊需要注意以下兩點： wait和notify必須配合synchronized去使用。 wait可以釋放鎖，notify不釋放鎖。 1.wait和notify的簡單應用   &nbs

C#中使用事件機制實現執行緒間的通訊

在圖形介面中的運用程式中，通常是主執行緒負責UI人機互動，而將需要迴圈執行和耗資源的邏輯程式碼和複雜的業務實現以及資料互動放到單獨一個執行緒裡執行。這樣可以保證主執行緒UI可以正常進行人機互動。 而執行緒之間的資料互動，就涉及了執行緒通訊。這裡將通過一個給MCU升級韌體程式的IAP（在應用

實現執行緒間的通訊（二）

非靜態的同步方法的鎖物件：this 靜態的同步方法的鎖物件是：該類的位元組碼物件 this.notify()：喚醒單個等待的執行緒 this.notifyAll()：喚醒所有等待的執行緒 /* * 1.在同步程式碼塊中，用哪個物件鎖，就用那個物件呼叫wait方法 *

實現執行緒間的通訊（一）

notify()和wait()實現： this.notify(）：隨機喚醒單個等待執行緒。 this.wait()：當前執行緒等待,wait()若無人喚醒，則一直等待；而Thread.sleep是睡眠一定時間後再次啟動。   public class DemoNotif