Java面试突击3(9)：多个线程顺序执行问题_java多线程执行顺序问题

目录

1、线程C需要等待线程AB执行完成才能执行

方法一：LockSupport + AtomicInteger

方法二 CountDownLatch（闭锁）

方法三：CyclicBarrier（栅栏）

2、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

2.1、Thread的join是用来同步的，底层其实是调用了 wait方法

2.2、wait和notify方法

2.3、Condition和Lock

2.4、使用CountDownLatch

2.4、使用CyclicBarrier

2.5、线程池Executors

2.6、Semaphore

2.7、CompletableFuture

---

1、线程C需要等待线程AB执行完成才能执行

        用 AtomicInteger 做一个全局标识，用 LockSupport.park() 挂起线程C，线程A或B执行完成后各自减1，当标识为0时，给线程C颁发许可，让其继续执行。面试官接着问还有没有其它实现的方法，由于当时没有了解过 CountDownLatch（闭锁） 和 CyclicBarrier（栅栏），没有答出这两点。

方法一：LockSupport + AtomicInteger

先执行线程C，用 park() 挂起线程C，线程A、B各自执行完成时，flag 减1并判断是否为0，若为0则用unpark( c )给线程C颁发许可

public static void main(String[] args) {
 
        AtomicInteger flag = new AtomicInteger(2);
 
        Thread c =  new Thread(()->{
            System.out.println("线程C开启，等待线程A、B执行完成才继续执行");
            LockSupport.park();
            System.out.println("线程C开始执行");
        });
        c.start();
 
        new Thread(()->{
            System.out.println("线程A开始执行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程A执行完成");
            if (flag.decrementAndGet() == 0){
            	//唤醒指定线程
                LockSupport.unpark(c);
            }
        }).start();
        
        new Thread(()->{
            System.out.println("线程B开始执行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程B执行完成");
            if (flag.decrementAndGet() == 0){
                LockSupport.unpark(c);
            }
        }).start();
 
    }

方法二 CountDownLatch（闭锁）

CountDownLatch 有一个计数器，countDown方法对计数器做减操作，await方法等待计数器达到0。所有await的线程都会阻塞直到计数器为0或者等待线程中断或者超时

public static void main(String[] args) {
 
        CountDownLatch  latch = new CountDownLatch(2);
 
        new Thread(() -> {
            System.out.println("线程A开始执行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
                latch.countDown();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程A执行完成");
        }).start();
 
        new Thread(() -> {
            System.out.println("线程B开始执行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
                latch.countDown();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程B执行完成");
 
        }).start();
 
        new Thread(() -> {
            System.out.println("线程C开启，等待线程A、B执行完成才继续执行");
            try {
                latch.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程C执行完成");
 
        }).start();
 
    }

方法三：CyclicBarrier（栅栏）

        栅栏类似于闭锁，它能阻塞一组线程直到某个事件发生。 栅栏与闭锁的关键区别在于，所有的线程必须同时到达栅栏位置，才能继续执行。闭锁用于等待事件，而栅栏用于等待其他线程。

public static void main(String[] args) {
 
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
 
        //只有所有线程执行到了 await()，所有线程才会继续往下执行
 
        new Thread(() -> {
            System.out.println("线程A开始执行");
            try {
                //执行业务
                TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
                System.out.println("线程A执行完成，等待其它线程一起冲破栅栏");
                barrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程A执行完成");
        }).start();
 
        new Thread(() -> {
            System.out.println("线程B开始执行");
            try {
                //执行业务
                TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
                System.out.println("线程B执行完成，等待其它线程一起冲破栅栏");
                barrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程B执行完成");
 
        }).start();
 
        new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("线程C开启，等待线程AB执行完成一起冲破栅栏");
                barrier.await();
                //执行业务
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程C执行完成");
 
        }).start();
 
    }

2、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 LockTest {
 
    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();
    }
}
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。

2.1、Thread的join是用来同步的，底层其实是调用了 wait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。

public class LockTest {
 
 
    public static void main(String[] args) {
 
        Thread a = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("A");
            }
        });
        a.start();
 
        Thread b = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try{
                    a.join();
                }catch(Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
 
                System.out.println("B");
            }
        });
        b.start();
 
        Thread c = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    b.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("C");
            }
        });
        c.start();
 
    }
 
}
A
B
C

        我们让B线程调用a.join，C调用b.join，尽管是a,b,c分别start，执行顺序还是a,b,c。是因为join方法底层使用的是wait方法。

2.2、wait和notify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。

public class LockTest {
 
    static Object o1 = new Object();
    static Object o2 = new Object();
    static Boolean flag1 = false;
    static Boolean flag2 = false;
 
    public static void main(String[] args) {
 
       new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
                synchronized (o1){
                    System.out.println("线程1");
                    flag1 = true;
                    o1.notify();
                }
           }
       },"线程1").start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                synchronized (o1){
                    if(!flag1){
                        o1.wait();
                    }
                    synchronized (o2){
                        System.out.println("线程2");
                        o2.notify();
                        flag2 = true;
                    }
 
                }
            }
        },"线程2").start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                synchronized (o2){
                    if(!flag2){
                        o2.wait();
                    }
                    System.out.println("线程3");
                }
            }
        },"线程3").start();
    }
 
}线程1
线程2
线程3

2.3、Condition和Lock

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方法被带调用)时 ，这些等待线程才会被唤醒，从而重新争夺锁。

public class LockTest {
 
    static Lock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition1 = lock.newCondition();
    static Condition condition2 = lock.newCondition();
    static Boolean flag1 = false;
    static Boolean flag2 = false;
 
    public static void main(String[] args) {
 
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                lock.lock();
                System.out.println("线程1");
                flag1 = true;
                condition1.signal();
                lock.unlock();
            }
        }, "线程1").start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                lock.lock();
                if (!flag1) {
                    condition1.await();
                }
 
                System.out.println("线程2");
                condition2.signal();
                flag2 = true;
                lock.unlock();
            }
        }, "线程2").start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                lock.lock();
                if (!flag2) {
                    condition2.wait();
                }
                System.out.println("线程3");
                lock.unlock();
            }
        }, "线程3").start();
    }
 
线程1
线程2
线程3

2.4、使用CountDownLatch

        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。

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 创建线程类的时候，将上一个计数器和本线程计数器传入。运行前业务执行上一个计数        
             器.await, 执行后本计数器.countDown。
         */
        CountDownLatch c1 = new CountDownLatch(0);
        CountDownLatch c2 = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch c3 = new CountDownLatch(1);
 
        new Thread(new Target(c1,c2),"线程1").start();
        new Thread(new Target(c2,c3),"线程2").start();
        new Thread(new Target(c3,c3),"线程3").start();
    }
 
    static class Target implements Runnable{
        private CountDownLatch c1;
        private CountDownLatch c2;
 
        public Target(CountDownLatch c1,CountDownLatch c2)
        {
            this.c1 = c1;
            this.c2 = c2;
        }
        @SneakyThrows
        @Override
        public void run() {
// 等待线程1执行完毕线程2开始执行，因为线程1开始立马就会执行(count=0
            c1.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            c2.countDown();
        }
    }
}

public class LockTest {
 
    static CountDownLatch c1 = new CountDownLatch(1);
    static CountDownLatch c2 = new CountDownLatch(1);
    public static void main(String[] args) {
 
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程1");
                c1.countDown();
            }
        }, "线程1").start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                c1.await();
                System.out.println("线程2");
                c2.countDown();
            }
        }, "线程2").start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                c2.await();
                System.out.println("线程3");
            }
        }, "线程3").start();
    }
 
}

2.4、使用CyclicBarrier

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。

public class LockTest {
 
    static CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(1);
    static CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(1);
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程1");
                barrier1.await();
 
            }
        }).start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                barrier1.await();
                System.out.println("线程2");
                barrier2.await();
 
            }
        }).start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            @Override
            public void run() {
                barrier2.await();
                System.out.println("线程3");
            }
        }).start();
    }
 
}

2.5、线程池Executors

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。

public class LockTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程1");
            }
        });
 
        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");
            }
        });
        executorService.submit(t1);
        executorService.submit(t2);
        executorService.submit(t3);
        executorService.shutdown();
    }
 
}

2.6、Semaphore

Semaphore(信号量)：Semaphore是一个计数信号量。

        Semaphore包含一组许可证，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。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。

public class LockTest {
 
        private static Semaphore semaphore1 = new Semaphore(0);
        private static Semaphore semaphore2 = new Semaphore(0);
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("线程1");
                    semaphore1.release();
                }
            }).start();
 
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore1.acquire();
                        System.out.println("线程2");
                        semaphore2.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
 
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore2.acquire();
                        System.out.println("线程3");
                        semaphore2.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
 
        }
    }

2.7、CompletableFuture

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。

public class LockTest {
 
    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(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

参考：Java多线程 有ABC 3 个线程，线程C需要等待线程AB执行完成才能执行的实现方式_字节搬运工的博客-CSDN博客