詳解Java中如何保成線程順序執(zhí)行附實例操作代碼

勇敢的小蘿卜 2021-08-11 10:05:07 瀏覽數(shù) (2133)

反饋

只要了解過多線程，我們就知道線程開始的順序跟執(zhí)行的順序是不一樣的。如果只是創(chuàng)建三個線程然后執(zhí)行，最后的執(zhí)行順序是不可預期的。這是因為在創(chuàng)建完線程之后，線程執(zhí)行的開始時間取決于CPU何時分配時間片，線程可以看成是相對于的主線程的一個異步操作。

public class FIFOThreadExample {
    public synchronized static void foo(String name) {
        System.out.print(name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> foo("A"));
        Thread thread2 = new Thread(() -> foo("B"));
        Thread thread3 = new Thread(() -> foo("C"));
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

輸出結果：ACB/ABC/CBA...

那么我們該如何保證線程的順序執(zhí)行呢？

如何保證線程的順序執(zhí)行?

1. 使用Thread.join()實現(xiàn)

Thread.join()的作用是讓父線程等待子線程結束之后才能繼續(xù)運行。以上述例子為例，main()方法所在的線程是父線程，在其中我們創(chuàng)建了3個子線程A,B,C，子線程的執(zhí)行相對父線程是異步的，不能保證順序性。而對子線程使用Thread.join()方法之后就可以讓父線程等待子線程運行結束后，再開始執(zhí)行父線程，這樣子線程執(zhí)行被強行變成了同步的，我們用Thread.join()方法就能保證線程執(zhí)行的順序性。

public class FIFOThreadExample {
    
    public static void foo(String name) {
        System.out.print(name);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        Thread thread1 = new Thread(() -> foo("A"));
        Thread thread2 = new Thread(() -> foo("B"));
        Thread thread3 = new Thread(() -> foo("C"));
        thread1.start();
        thread1.join();
        thread2.start();
        thread2.join();
        thread3.start();
    }
}

輸出結果：ABC

2. 使用單線程線程池來實現(xiàn)

另一種保證線程順序執(zhí)行的方法是使用一個單線程的線程池，這種線程池中只有一個線程，相應的，內(nèi)部的線程會按加入的順序來執(zhí)行。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class FIFOThreadExample {

    public static void foo(String name) {
        System.out.print(name);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        Thread thread1 = new Thread(() -> foo("A"));
        Thread thread2 = new Thread(() -> foo("B"));
        Thread thread3 = new Thread(() -> foo("C"));
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executor.submit(thread1);
        executor.submit(thread2);
        executor.submit(thread3);
        executor.shutdown();
    }
}

輸出結果：ABC

3. 使用volatile關鍵字修飾的信號量實現(xiàn)

上面兩種的思路都是讓保證線程的執(zhí)行順序，讓線程按一定的順序執(zhí)行。這里介紹第三種思路，那就是線程可以無序運行，但是執(zhí)行結果按順序執(zhí)行。
你應該可以想到，三個線程都被創(chuàng)建并start()，這時候三個線程隨時都可能執(zhí)行run()方法。因此為了保證run()執(zhí)行的順序性，我們肯定需要一個信號量來讓線程知道在任意時刻能不能執(zhí)行邏輯代碼。
另外，因為三個線程是獨立的，這個信號量的變化肯定需要對其他線程透明，因此volatile關鍵字也是必須要的。

public class TicketExample2 {

    //信號量
    static volatile int ticket = 1;
    //線程休眠時間
    public final static int SLEEP_TIME = 1;

    public static void foo(int name){
        //因為線程的執(zhí)行順序是不可預期的，因此需要每個線程自旋
        while (true) {
            if (ticket == name) {
                try {
                    Thread.sleep(SLEEP_TIME);
                    //每個線程循環(huán)打印3次
                    for (int i = 0; i < 3; i++) {
                        System.out.println(name + " " + i);
                    }

                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //信號量變更
                ticket = name%3+1;
                return;

            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> foo(1));
        Thread thread2 = new Thread(() -> foo(2));
        Thread thread3 = new Thread(() -> foo(3));
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

執(zhí)行結果：
1 0
1 1
1 2
2 0
2 1
2 2
3 0
3 1
3 2

4. 使用Lock和信號量實現(xiàn)

此種方法的思想跟第三種方法是一樣的，都是不考慮線程執(zhí)行的順序而是考慮用一些方法控制線程執(zhí)行業(yè)務邏輯的順序。這里我們同樣用一個原子類型信號量ticket，當然你可以不用原子類型，這里我只是為了保證自增操作的線程安全。然后我們用了一個可重入鎖ReentrantLock。用來給方法加鎖，當一個線程拿到鎖并且標識位正確的時候開始執(zhí)行業(yè)務邏輯，執(zhí)行完畢后喚醒下一個線程。
這里我們不需要使用while進行自旋操作了，因為Lock可以讓我們喚醒指定的線程，所以改成if就可以實現(xiàn)順序的執(zhí)行。

public class TicketExample3 {
    //信號量
    AtomicInteger ticket = new AtomicInteger(1);
    public Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();
    private Condition condition3 = lock.newCondition();
    private Condition[] conditions = {condition1, condition2, condition3};

    public void foo(int name) {
        try {
            lock.lock();
            //因為線程的執(zhí)行順序是不可預期的，因此需要每個線程自旋
            System.out.println("線程" + name + " 開始執(zhí)行");
            if(ticket.get() != name) {
                try {
                    System.out.println("當前標識位為" + ticket.get() + ",線程" + name + " 開始等待");
                    //開始等待被喚醒
                    conditions[name - 1].await();
                    System.out.println("線程" + name + " 被喚醒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(name);
            ticket.getAndIncrement();
            if (ticket.get() > 3) {
                ticket.set(1);
            }
            //執(zhí)行完畢，喚醒下一次。1喚醒2,2喚醒3
            conditions[name % 3].signal();
        } finally {
            //一定要釋放鎖
            lock.unlock();
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TicketExample3 example = new TicketExample3();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            example.foo(1);
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            example.foo(2);
        });
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            example.foo(3);
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}