Java中如何保證線程順序執(zhí)行
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作者 | 六層樓
來(lái)源 | urlify.cn/IVz6vm
只要了解過(guò)多線程，我們就知道線程開(kāi)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(gè)線程然后執(zhí)行，最后的執(zhí)行順序是不可預(yù)期的。這是因?yàn)樵趧?chuàng)建完線程之后，線程執(zhí)行的開(kāi)始時(shí)間取決于CPU何時(shí)分配時(shí)間片，線程可以看成是相對(duì)于的主線程的一個(gè)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(jié)果：ACB/ABC/CBA...
那么我們?cè)撊绾伪ＷC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(shí)現(xiàn)
Thread.join()的作用是讓父線程等待子線程結(jié)束之后才能繼續(xù)運(yùn)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(gè)子線程A,B,C，子線程的執(zhí)行相對(duì)父線程是異步的，不能保證順序性。而對(duì)子線程使用Thread.join()方法之后就可以讓父線程等待子線程運(yùn)行結(jié)束后，再開(kāi)始執(zhí)行父線程，這樣子線程執(zhí)行被強(qiáng)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(jié)果：ABC
2. 使用單線程線程池來(lái)實(shí)現(xiàn)
另一種保證線程順序執(zhí)行的方法是使用一個(gè)單線程的線程池，這種線程池中只有一個(gè)線程，相應(yīng)的，內(nèi)部的線程會(huì)按加入的順序來(lái)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(jié)果：ABC
3. 使用volatile關(guān)鍵字修飾的信號(hào)量實(shí)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(wú)序運(yùn)行，但是執(zhí)行結(jié)果按順序執(zhí)行。
你應(yīng)該可以想到，三個(gè)線程都被創(chuàng)建并start()，這時(shí)候三個(gè)線程隨時(shí)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(gè)信號(hào)量來(lái)讓線程知道在任意時(shí)刻能不能執(zhí)行邏輯代碼。
另外，因?yàn)槿齻€(gè)線程是獨(dú)立的，這個(gè)信號(hào)量的變化肯定需要對(duì)其他線程透明，因此volatile關(guān)鍵字也是必須要的。
public class TicketExample2 {
//信號(hào)量
static volatile int ticket = 1;
//線程休眠時(shí)間
public final static int SLEEP_TIME = 1;
public static void foo(int name){
//因?yàn)榫€程的執(zhí)行順序是不可預(yù)期的，因此需要每個(gè)線程自旋
while (true) {
if (ticket == name) {
try {
Thread.sleep(SLEEP_TIME);
//每個(gè)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(hào)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(jié)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(hào)量實(shí)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(wù)邏輯的順序。這里我們同樣用一個(gè)原子類(lèi)型信號(hào)量ticket，當(dāng)然你可以不用原子類(lèi)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(gè)可重入鎖ReentrantLock。用來(lái)給方法加鎖，當(dāng)一個(gè)線程拿到鎖并且標(biāo)識(shí)位正確的時(shí)候開(kāi)始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，執(zhí)行完畢后喚醒下一個(gè)線程。
這里我們不需要使用while進(jìn)行自旋操作了，因?yàn)長(zhǎng)ock可以讓我們喚醒指定的線程，所以改成if就可以實(shí)現(xiàn)順序的執(zhí)行。
public class TicketExample3 {
//信號(hào)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?yàn)榫€程的執(zhí)行順序是不可預(yù)期的，因此需要每個(gè)線程自旋
System.out.println("線程" + name + " 開(kāi)始執(zhí)行");
if(ticket.get() != name) {
try {
System.out.println("當(dāng)前標(biāo)識(shí)位為" + ticket.get() + ",線程" + name + " 開(kāi)始等待");
//開(kāi)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();
}
}
輸出結(jié)果：
線程2 開(kāi)始執(zhí)行
當(dāng)前標(biāo)識(shí)位為1,線程2 開(kāi)始等待
線程1 開(kāi)始執(zhí)行
1
線程3 開(kāi)始執(zhí)行
當(dāng)前標(biāo)識(shí)位為2,線程3 開(kāi)始等待
線程2 被喚醒
2
線程3 被喚醒
3
上述的執(zhí)行結(jié)果并非唯一，但可以保證打印的順序一定是123這樣的順序。
到此文章就結(jié)束了。如果今天的文章對(duì)你在進(jìn)階架構(gòu)師的路上有新的啟發(fā)和進(jìn)步，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)給更多人。歡迎加入架構(gòu)師社區(qū)技術(shù)交流群，眾多大咖帶你進(jìn)階架構(gòu)師，在后臺(tái)回復(fù)“加群”即可入群。
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