Java 线程顺序执行_详解

柔光的暖阳◎ 2023-08-17 16:39 121阅读 0赞

> 作者：俊俊的小熊饼干
> 
> cnblogs.com/wenjunwei/p/10573289.html

## 一、实现 ##

本文使用了8种方法实现在多线程中让线程按顺序运行的方法，涉及到多线程中许多常用的方法，不止为了知道如何让线程按顺序运行，更是让读者对多线程的使用有更深刻的了解。使用的方法如下:

> \[1\] 使用线程的**join**方法  
> \[2\] 使用主线程的**join**方法  
> \[3\] 使用线程的**wait**方法  
> \[4\] 使用线程的线程池方法  
> \[5\] 使用线程的**Condition**(条件变量)方法  
> \[6\] 使用线程的**CountDownLatch**(倒计数)方法  
> \[7\] 使用线程的**CyclicBarrier**(回环栅栏)方法  
> \[8\] 使用线程的**Semaphore**(信号量)方法

## 二、实现 ##

**我们下面需要完成这样一个应用场景：**

1.早上；2.测试人员、产品经理、开发人员陆续的来公司上班；3.产品经理规划新需求；4.开发人员开发新需求功能；5.测试人员测试新功能。

规划需求，开发需求新功能，测试新功能是一个有顺序的，我们把thread1看做产品经理，thread2看做开发人员，thread3看做测试人员。

*—**** ******1****** ****—*

**使用线程的 join 方法**

**join():**是Theard的方法，作用是调用线程需等待该join()线程执行完成后，才能继续用下运行。

**应用场景:**当一个线程必须等待另一个线程执行完毕才能执行时可以使用join方法。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    /**
     * @author wwj
     * 通过子程序join使线程按顺序执行
     */
    public class ThreadJoinDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("产品经理规划新需求");
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        thread1.join();
                        System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        thread2.join();
                        System.out.println("测试人员测试新功能");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            System.out.println("早上：");
            System.out.println("测试人员来上班了...");
            thread3.start();
            System.out.println("产品经理来上班了...");
            thread1.start();
            System.out.println("开发人员来上班了...");
            thread2.start();
        }
    }

运行结果

> 早上：  
> 测试人员来上班了…  
> 产品经理来上班了…  
> 开发人员来上班了…  
> 产品经理规划新需求  
> 开发人员开发新需求功能  
> 测试人员测试新功能

*—**** 2****** ****—*

**使用主线程的 join 方法**

这里是在主线程中使用join()来实现对线程的阻塞。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    /**
     * @author wwj
     * 通过主程序join使线程按顺序执行
     */
    public class ThreadMainJoinDemo {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
    
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("产品经理正在规划新需求...");
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                }
            });
    
            final Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("测试人员测试新功能");
                }
            });
    
            System.out.println("早上:");
            System.out.println("产品经理来上班了");
            System.out.println("测试人员来上班了");
            System.out.println("开发人员来上班了");
            thread1.start();
            //在父进程调用子进程的join()方法后，父进程需要等待子进程运行完再继续运行。
            System.out.println("开发人员和测试人员休息会...");
            thread1.join();
            System.out.println("产品经理新需求规划完成!");
            thread2.start();
            System.out.println("测试人员休息会...");
            thread2.join();
            thread3.start();
        }
    }

运行结果

> 产品经理来上班了  
> 测试人员来上班了  
> 开发人员来上班了  
> 开发人员和测试人员休息会…  
> 产品经理正在规划新需求…  
> 产品经理新需求规划完成!  
> 测试人员休息会…  
> 开发人员开发新需求功能  
> 测试人员测试新功能

*—**** 3****** ****—*

**使用线程的 wait 方法**

**wait():**是Object的方法，作用是让当前线程进入等待状态，同时，wait()也会让当前线程释放它所持有的锁。“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)

**notify()和notifyAll():**是Object的方法，作用则是唤醒当前对象上的等待线程；notify()是唤醒单个线程，而notifyAll()是唤醒所有的线程。

**wait(long timeout):**让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的notify()方法或 notifyAll() 方法，或者超过指定的时间量”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。

**应用场景：**Java实现生产者消费者的方式。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    /**
     * @author wwj
     */
    public class ThreadWaitDemo {
    
        private static Object myLock1 = new Object();
        private static Object myLock2 = new Object();
    
        /**
         * 为什么要加这两个标识状态?
         * 如果没有状态标识，当t1已经运行完了t2才运行，t2在等待t1唤醒导致t2永远处于等待状态
         */
        private static Boolean t1Run = false;
        private static Boolean t2Run = false;
        public static void main(String[] args) {
    
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (myLock1){
                        System.out.println("产品经理规划新需求...");
                        t1Run = true;
                        myLock1.notify();
                    }
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (myLock1){
                        try {
                            if(!t1Run){
                                System.out.println("开发人员先休息会...");
                                myLock1.wait();
                            }
                            synchronized (myLock2){
                                System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                                myLock2.notify();
                            }
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            });
    
            Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (myLock2){
                        try {
                            if(!t2Run){
                                System.out.println("测试人员先休息会...");
                                myLock2.wait();
                            }
                            System.out.println("测试人员测试新功能");
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            });
    
            System.out.println("早上：");
            System.out.println("测试人员来上班了...");
            thread3.start();
            System.out.println("产品经理来上班了...");
            thread1.start();
            System.out.println("开发人员来上班了...");
            thread2.start();
        }
    }

运行结果:这里输出会有很多种顺序，主要是因为线程进入的顺序，造成锁住线程的顺序不一致。

> 早上：  
> 测试人员来上班了…  
> 产品经理来上班了…  
> 开发人员来上班了…  
> 测试人员先休息会…  
> 产品经理规划新需求…  
> 开发人员开发新需求功能  
> 测试人员测试新功能

*—**** 4****** ****—*

**使用线程的线程池方法**

JAVA通过Executors提供了四种线程池

*  **单线程化线程池 (newSingleThreadExecutor);**
 *  **可控最大并发数线程池 (newFixedThreadPool);**
 *  **可回收缓存线程池 (newCachedThreadPool);**
 *  **支持定时与周期性任务的线程池 (newScheduledThreadPool)。**

**单线程化线程池(newSingleThreadExecutor):**优点，串行执行所有任务。

**submit()：**提交任务。

**shutdown()：**方法用来关闭线程池，拒绝新任务。

**应用场景:**串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    /**
     * @author wwj
     * 通过SingleThreadExecutor让线程按顺序执行
     */
    public class ThreadPoolDemo {
    
        static ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
    
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("产品经理规划新需求");
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                }
            });
    
            Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("测试人员测试新功能");
                }
            });
    
            System.out.println("早上：");
            System.out.println("产品经理来上班了");
            System.out.println("测试人员来上班了");
            System.out.println("开发人员来上班了");
            System.out.println("领导吩咐:");
            System.out.println("首先，产品经理规划新需求...");
            executorService.submit(thread1);
            System.out.println("然后，开发人员开发新需求功能...");
            executorService.submit(thread2);
            System.out.println("最后，测试人员测试新功能...");
            executorService.submit(thread3);
            executorService.shutdown();
        }
    }

运行结果

> 早上：  
> 产品经理来上班了  
> 测试人员来上班了  
> 开发人员来上班了  
> 领导吩咐:  
> 首先，产品经理规划新需求…  
> 然后，开发人员开发新需求功能…  
> 最后，测试人员测试新功能…  
> 产品经理规划新需求  
> 开发人员开发新需求功能  
> 测试人员测试新功能

*—**** 5****** ****—*

**使用线程的 Condition(条件变量) 方法**

**Condition（条件变量）:**通常与一个锁关联。需要在多个Contidion中共享一个锁时，可以传递一个Lock/RLock实例给构造方法，否则它将自己生成一个RLock实例。

*  **Condition中await()方法类似于Object类中的wait()方法。**
 *  **Condition中await(long time,TimeUnit unit)方法类似于Object类中的wait(long time)方法。**
 *  **Condition中signal()方法类似于Object类中的notify()方法。**
 *  **Condition中signalAll()方法类似于Object类中的notifyAll()方法。**

**应用场景：**Condition是一个多线程间协调通信的工具类，使得某个，或者某些线程一起等待某个条件（Condition）,只有当该条件具备( signal 或者 signalAll方法被调用)时 ，这些等待线程才会被唤醒，从而重新争夺锁。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    import java.util.concurrent.locks.Condition;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * @author wwj
     * 使用Condition(条件变量)实现线程按顺序运行
     */
    public class ThreadConditionDemo {
    
        private static Lock lock = new ReentrantLock();
        private static Condition condition1 = lock.newCondition();
        private static Condition condition2 = lock.newCondition();
    
        /**
         * 为什么要加这两个标识状态?
         * 如果没有状态标识，当t1已经运行完了t2才运行，t2在等待t1唤醒导致t2永远处于等待状态
         */
        private static Boolean t1Run = false;
        private static Boolean t2Run = false;
    
        public static void main(String[] args) {
    
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    lock.lock();
                    System.out.println("产品经理规划新需求");
                    t1Run = true;
                    condition1.signal();
                    lock.unlock();
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    lock.lock();
                    try {
                        if(!t1Run){
                            System.out.println("开发人员先休息会...");
                            condition1.await();
                        }
                        System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                        t2Run = true;
                        condition2.signal();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    lock.unlock();
                }
            });
    
            Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    lock.lock();
                    try {
                        if(!t2Run){
                            System.out.println("测试人员先休息会...");
                            condition2.await();
                        }
                        System.out.println("测试人员测试新功能");
                        lock.unlock();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            System.out.println("早上：");
            System.out.println("测试人员来上班了...");
            thread3.start();
            System.out.println("产品经理来上班了...");
            thread1.start();
            System.out.println("开发人员来上班了...");
            thread2.start();
        }
    }

运行结果:这里输出会有很多种顺序，主要是因为线程进入的顺序，造成锁住线程的顺序不一致

> 早上：  
> 测试人员来上班了…  
> 产品经理来上班了…  
> 开发人员来上班了…  
> 测试人员先休息会…  
> 产品经理规划新需求  
> 开发人员开发新需求功能  
> 测试人员测试新功能

*—**** 6****** ****—*

**使用线程的 CuDownLatch(倒计数) 方法**

**CountDownLatch:**位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。

**应用场景:**比如有一个任务C，它要等待其他任务A,B执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    
    /**
     * @author wwj
     * 通过CountDownLatch（倒计数）使线程按顺序执行
     */
    public class ThreadCountDownLatchDemo {
    
        /**
         * 用于判断线程一是否执行，倒计时设置为1，执行后减1
         */
        private static CountDownLatch c1 = new CountDownLatch(1);
    
        /**
         * 用于判断线程二是否执行，倒计时设置为1，执行后减1
         */
        private static CountDownLatch c2 = new CountDownLatch(1);
    
        public static void main(String[] args) {
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("产品经理规划新需求");
                    //对c1倒计时-1
                    c1.countDown();
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //等待c1倒计时，计时为0则往下运行
                        c1.await();
                        System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                        //对c2倒计时-1
                        c2.countDown();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //等待c2倒计时，计时为0则往下运行
                        c2.await();
                        System.out.println("测试人员测试新功能");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            System.out.println("早上：");
            System.out.println("测试人员来上班了...");
            thread3.start();
            System.out.println("产品经理来上班了...");
            thread1.start();
            System.out.println("开发人员来上班了...");
            thread2.start();
        }
    }

运行结果

*—**** 7****** ****—*

**使用 CyclicBarrier (回环栅栏)实现线程按顺序执行**

**CyclicBarrier(回环栅栏):**通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。

**应用场景:**公司组织春游,等待所有的员工到达集合地点才能出发，每个人到达后进入barrier状态。都到达后，唤起大家一起出发去旅行。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
    import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
    
    /**
     * @author wwj
     * 使用CyclicBarrier(回环栅栏)实现线程按顺序运行
     */
    public class CyclicBarrierDemo {
    
        static CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(2);
        static CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(2);
    
        public static void main(String[] args) {
    
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("产品经理规划新需求");
                        //放开栅栏1
                        barrier1.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //放开栅栏1
                        barrier1.await();
                        System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                        //放开栅栏2
                        barrier2.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            final Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //放开栅栏2
                        barrier2.await();
                        System.out.println("测试人员测试新功能");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            System.out.println("早上：");
            System.out.println("测试人员来上班了...");
            thread3.start();
            System.out.println("产品经理来上班了...");
            thread1.start();
            System.out.println("开发人员来上班了...");
            thread2.start();
        }
    }

运行结果

*—**** 8****** ****—*

**使用线程的 Sephmore(信号量) 实现线程按顺序执行**

**Sephmore(信号量):**Semaphore是一个计数信号量,从概念上将，Semaphore包含一组许可证,如果有需要的话，每个acquire()方法都会阻塞，直到获取一个可用的许可证,每个release()方法都会释放持有许可证的线程，并且归还Semaphore一个可用的许可证。然而，实际上并没有真实的许可证对象供线程使用，Semaphore只是对可用的数量进行管理维护。

**acquire():**当前线程尝试去阻塞的获取1个许可证,此过程是阻塞的,当前线程获取了1个可用的许可证，则会停止等待，继续执行。

**release():**当前线程释放1个可用的许可证。

**应用场景:**Semaphore可以用来做流量分流，特别是对公共资源有限的场景，比如数据库连接。假设有这个的需求，读取几万个文件的数据到数据库中，由于文件读取是IO密集型任务，可以启动几十个线程并发读取，但是数据库连接数只有10个，这时就必须控制最多只有10个线程能够拿到数据库连接进行操作。这个时候，就可以使用Semaphore做流量控制。

package com.wwj.javabase.thread.order;
    
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    /**
     * @author wwj
     * 使用Sephmore(信号量)实现线程按顺序运行
     */
    public class SemaphoreDemo {
        private static Semaphore semaphore1 = new Semaphore(1);
        private static Semaphore semaphore2 = new Semaphore(1);
        public static void main(String[] args) {
            final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("产品经理规划新需求");
                    semaphore1.release();
                }
            });
    
            final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore1.acquire();
                        System.out.println("开发人员开发新需求功能");
                        semaphore2.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore2.acquire();
                        thread2.join();
                        semaphore2.release();
                        System.out.println("测试人员测试新功能");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            System.out.println("早上：");
            System.out.println("测试人员来上班了...");
            thread3.start();
            System.out.println("产品经理来上班了...");
            thread1.start();
            System.out.println("开发人员来上班了...");
            thread2.start();
        }
    }

运行结果

--------------------

## 三、总结 ##

看完了这么多种方法，是不是对多线程有了更深入的了解呢?不妨自己试试吧(代码拷贝均可运行)

使用的场景还有很多，根据开发需求场景，选择合适的方法，达到事半功倍的效果