原文出處：?wingjay

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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

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，用來依次打印 1, 2, 3 三個數字：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

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); ????} }

這時我們得到的結果是：

1 2 3 4 5 6

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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

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：

1 2 3 4 5 6 7 8

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 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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

/** ?* 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(); }

打印結果如下：

1 2 3 4 5 6 7 8

A 1 A waiting… ? B 1 B 2 B 3 A 2 A 3

正是我們要的結果。

那么，這個過程發生了什么呢？

首先創建一個 A 和 B 共享的對象鎖 lock = new Object();

當 A 得到鎖后，先打印 1，然后調用 lock.wait() 方法，交出鎖的控制權，進入 wait 狀態；

對 B 而言，由于 A 最開始得到了鎖，導致 B 無法執行；直到 A 調用 lock.wait() 釋放控制權后， B 才得到了鎖；

B 在得到鎖后打印 1， 2， 3；然后調用 lock.notify() 方法，喚醒正在 wait 的 A;

A 被喚醒后，繼續打印剩下的 2，3。

為了更好理解，我在上面的代碼里加上 log 方便讀者查看。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

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 打印完畢，調用 notify 方法"); ????????????????lock.notify(); ????????????} ????????} ????}); ????A.start(); ????B.start(); }

打印結果如下:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

INFO: A 等待鎖 INFO: A 得到了鎖 lock A 1 INFO: A 準備進入等待狀態，調用 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 打印完畢，調用 lock.notify() 方法 INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 lock A 2 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：

創建一個計數器，設置初始值，CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

在 等待線程 里調用 countDownLatch.await() 方法，進入等待狀態，直到計數值變成 0；

在 其他線程 里，調用 countDownLatch.countDown() 方法，該方法會將計數值減小 1；

當 其他線程 的 countDown() 方法把計數值變成 0 時，等待線程 里的 countDownLatch.await() 立即退出，繼續執行下面的代碼。

實現代碼如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

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(); ????} }

下面是運行結果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

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：

先創建一個公共 CyclicBarrier 對象，設置 同時等待 的線程數，CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);

這些線程同時開始自己做準備，自身準備完畢后，需要等待別人準備完畢，這時調用 cyclicBarrier.await(); 即可開始等待別人；

當指定的 同時等待 的線程數都調用了 cyclicBarrier.await();時，意味著這些線程都準備完畢好，然后這些線程才 同時繼續執行。

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：

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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(); ????} }

打印的結果如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

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 2 3

public interface Runnable { ????public abstract void run(); }

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 2 3 4 5 6 7 8 9 10

@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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

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(); ????} }

打印結果如下：

1 2 3 4 5 6 7

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

小結

多線程是現代語言的共同特性，而線程間通信、線程同步、線程安全是很重要的話題。本文針對 Java 的線程間通信進行了大致的講解，后續還會對線程同步、線程安全進行講解。

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轉載于:https://www.cnblogs.com/ZhongKing/p/7694842.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的如何实现线程间的通讯（转载）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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