面试官：如何让线程顺序执行,这么多方案你都答不上来？
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2021-06-30 22:04
作者：俊俊的小熊饼干
cnblogs.com/wenjunwei/p/10573289.html
前言：最近在面试过程中，发现一些面高程的朋友连怎么实现线程顺序执行都答不上来，特分享相关文章，以作科普，有收获帮忙点个在看，感谢，助中秋快乐！
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
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
— 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
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
— 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
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
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。