保证多线程顺序执行，四种方案，你知道几种？

本篇是1000期面试系列文章的第94期，持续更新中.....

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故事

上周一位同学在面试中遇到了这么一道问题：

有三个线程T1、T2、T3，如何保证顺序执行？

常规操作，启动三个线程，让其执行。

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
 
        final Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程1");
            }
        });
 
        final Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程2");
            }
        });
 
        Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程3");
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

运行结果：

线程2
线程1
线程3

调用三个线程的start方法，很明显是按照顺序调用的，但是每次运行出来的结果，基本上都不相同，随机性特别强。

怎么办呢？下面我们使用四种方案来实现。

方案一

我们可以利用Thread中的join方法解决线程顺序问题，下面我们来简单介绍一下join方法。

官方介绍：

Waits for this thread to die.

等待这个线程结束，也就是说当前线程等待这个线程结束后再继续执行 。

join()方法是Thread中的一个public方法，它有几个重载版本：

• join()

• join(long millis)   //参数为毫秒

• join(long millis,int nanoseconds)  //第一参数为毫秒，第二个参数为纳秒

join()方法实际是利用了wait()方法（wait方法是Object中的），只不过它不用等待notify()/notifyAll()，且不受其影响。

它结束的条件是：

• 等待时间到

• 目标线程已经run完（通过isAlive()方法来判断）

下面大致看看器源码：

public final void join() throws InterruptedException {
    //调用了另外一个有参数的join方法
    join(0);
}
public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException {
    long base = System.currentTimeMillis();
    long now = 0;
    if (millis < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }
    //0则需要一直等到目标线程run完
    if (millis == 0) {
        // 如果被调用join方法的线程是alive状态，则调用join的方法
        while (isAlive()) {
            // == this.wait(0),注意这里释放的是
            //「被调用」join方法的线程对象的锁
            wait(0);
        }
    } else {
         // 如果目标线程未run完且阻塞时间未到，
        //那么调用线程会一直等待。
        while (isAlive()) {
            long delay = millis - now;
            if (delay <= 0) {
                break;
            }
            //每次最多等待delay毫秒时间后继续争抢对象锁，获取锁后继续从这里开始的下一行执行，
            //也可能提前被notify() /notifyAll()唤醒，造成delay未一次性消耗完，
            //会继续执行while继续wait(剩下的delay)
            wait(delay);
            // 这个变量now起的不太好，叫elapsedMillis就容易理解了
            now = System.currentTimeMillis() - base;
        }
   }
}

下面我们使用join方法来实现线程的顺序执行。

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
 
        final Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程1");
            }
        });
 
        final Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    //等待线程t1执行完成后
                    //本线程t2 再执行
                    t1.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程2");
            }
        });
 
        Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    //等待线程t2执行完成后
                    //本线程t3 再执行
                    t2.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程3");
            }
        });
        t3.start();
        t2.start();
        t1.start();
    }
}

运行结果：

线程1
线程2
线程3

不管你运行多少次上面这段代码，结果始终不变，所以，我们就解决了多个线程按照顺序执行的问题了。

下面我们来看看另外一种方案：CountDownLatch。

方案二

我们先来说一下CountDownLatch，然后再来使用CountDownLatch是怎么解决多个线程顺序执行的。

CountDownLatch是一种同步辅助，在AQS基础之上实现的一个并发工具类，让我们多个线程执行任务时，需要等待线程执行完成后，才能执行下面的语句，之前线程操作时是使用 Thread.join方法进行等待 。

CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。它相当于是一个计数器，这个计数器的初始值就是线程的数量，每当一个任务完成后，计数器的值就会减一，当计数器的值为 0 时，表示所有的线程都已经任务了，然后在 CountDownLatch 上等待的线程就可以恢复执行接下来的任务。

下面我们就用CountDownLatch来实现多个线程顺序执行：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 
/**
 *  公众号：面试专栏
 * @author 小蒋学
 *  CountDownLatch 实现多个线程顺序执行
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
 
        CountDownLatch countDownLatch1 = new CountDownLatch(0);
 
        CountDownLatch countDownLatch2 = new CountDownLatch(1);
 
        CountDownLatch countDownLatch3 = new CountDownLatch(1);
 
 
        Thread t1 = new Thread(new Work(countDownLatch1, countDownLatch2),"线程1");
        Thread t2 = new Thread(new Work(countDownLatch2, countDownLatch3),"线程2");
        Thread t3 = new Thread(new Work(countDownLatch3, countDownLatch3),"线程3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
 
    static class Work implements Runnable {
        CountDownLatch cOne;
        CountDownLatch cTwo;
 
        public Work(CountDownLatch cOne, CountDownLatch cTwo) {
            super();
            this.cOne = cOne;
            this.cTwo = cTwo;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            try {
                cOne.await();
                System.out.println("执行: " + Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                cTwo.countDown();
            }
        }
    }
}

运行结果：

执行: 线程1
执行: 线程2
执行: 线程3

关于CountDownLatch实现多个线程顺序执行就这样实现了，下面我们再用线程池来实现。

方案三

在Executors 类中有个单线程池的创建方式，下面我们就用单线程池的方式来实现多个线程顺序执行。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
/**
 *  公众号：面试专栏
 * @author 小蒋学
 *  CountDownLatch 实现多个线程顺序执行
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程1");
            }
        },"线程1");
 
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程2");
            }
        },"线程2");
 
        Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程3");
            }
        });
 
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        // 将线程依次加入到线程池中
        executor.submit(t1);
        executor.submit(t2);
        executor.submit(t3);
        // 及时将线程池关闭
        executor.shutdown();
    }
}

运行结果：

线程1
线程2
线程3

这样我们利用单线程池也实现了多个线程顺序执行的问题。下面再来说一种更牛的方案。

方案四

最后一种方案是使用CompletableFuture来实现多个线程顺序执行。

在Java 8问世前想要实现任务的回调，一般有以下两种方式：

• 借助Future isDone轮询以判断任务是否执行结束，并获取结果。

• 借助Guava类库ListenableFuture、FutureCallback。（netty也有类似的实现）

Java 8 CompletableFuture弥补了Java在异步编程方面的弱势。

在Java中异步编程，不一定非要使用rxJava，Java本身的库中的CompletableFuture可以很好的应对大部分的场景。

Java8新增的CompletableFuture则借鉴了Netty等对Future的改造，简化了异步编程的复杂性，并且提供了函数式编程的能力 。

使用Future获得异步执行结果时，要么调用阻塞方法get()，要么轮询看isDone()是否为true，这两种方法都不是很好，因为主线程也会被迫等待。

从Java 8开始引入了CompletableFuture，它针对Future做了改进，可以传入回调对象，当异步任务完成或者发生异常时，自动调用回调对象的回调方法。

接下来我们就使用CompletableFuture来实现多个线程顺序执行。

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
 
/**
 *  公众号：面试专栏
 * @author 小蒋学
 *  CountDownLatch 实现多个线程顺序执行
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args)  {
        Thread t1 = new Thread(new Work(),"线程1");
        Thread t2 = new Thread(new Work(),"线程2");
        Thread t3 = new Thread(new Work(),"线程3");
 
        CompletableFuture.runAsync(()-> t1.start())
                .thenRun(()->t2.start())
                .thenRun(()->t3.start());
    }
 
    static class Work implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("执行 : " + Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

运行结果：

执行 : 线程1
执行 : 线程2
执行 : 线程3

到此，我们就使用CompletableFuture实现了多个线程顺序执行的问题。

总结

关于多个线程顺序执行，不管是对于面试，还是工作，关于多线程顺序执行的解决方案都是非常有必要掌握的。也希望下次面试官再问：多线程顺序执行问题的时候，你的表情应该是这样的：

好了，今天就分享到这里，如果觉得喜欢，那就在右下角里点赞、点在看。

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