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這篇文章將為大家詳細講解有關Java中線程之間的通信是如何實現的，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。
正常情況下，每個子線程完成各自的任務就可以結束了。不過有的時候，我們希望多個線程協同工作來完成某個任務，這時就涉及到了線程間通信了。
本文涉及到的知識點：thread.join(), object.wait(), object.notify(), CountdownLatch, CyclicBarrier, FutureTask, Callable 等。
下面我從幾個例子作為切入點來講解下 Java 里有哪些方法來實現線程間通信。
如何讓兩個線程依次執行？
假設有兩個線程，一個是線程 A，另一個是線程 B，兩個線程分別依次打印 1-3 三個數字即可。我們來看下代碼：
private static void demo1() {
Thread A = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
printNumber("A");
}
});
Thread B = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
printNumber("B");
}
});
A.start();
B.start();
}其中的 printNumber(String) 實現如下，用來依次打印 1, 2, 3 三個數字：
private static void printNumber(String threadName) {
int i=0;
while (i++ < 3) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(threadName + " print: " + i);
}
}這時我們得到的結果是：
B print: 1
A print: 1
B print: 2
A print: 2
B print: 3
A print: 3
可以看到 A 和 B 是同時打印的。
那么，如果我們希望 B 在 A 全部打印完后再開始打印呢？我們可以利用 thread.join() 方法，代碼如下:
private static void demo2() {
Thread A = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
printNumber("A");
}
});
Thread B = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("B 開始等待 A");
try {
A.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
printNumber("B");
}
});
B.start();
A.start();
}得到的結果如下：
B 開始等待 A
A print: 1
A print: 2
A print: 3
B print: 1
B print: 2
B print: 3
所以我們能看到 A.join() 方法會讓 B 一直等待直到 A 運行完畢。
那如何讓兩個線程按照指定方式有序交叉運行呢？
還是上面那個例子，我現在希望 A 在打印完 1 后，再讓 B 打印 1, 2, 3，最后再回到 A 繼續打印 2, 3。這種需求下，顯然 Thread.join() 已經不能滿足了。我們需要更細粒度的鎖來控制執行順序。
這里，我們可以利用 object.wait() 和 object.notify() 兩個方法來實現。代碼如下：
/**
* A 1, B 1, B 2, B 3, A 2, A 3
*/
private static void demo3() {
Object lock = new Object();
Thread A = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (lock) {
System.out.println("A 1");
try {
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("A 2");
System.out.println("A 3");
}
}
});
Thread B = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (lock) {
System.out.println("B 1");
System.out.println("B 2");
System.out.println("B 3");
lock.notify();
}
}
});
A.start();
B.start();
}打印結果如下：
A 1
A waiting...
B 1
B 2
B 3
A 2
A 3
正是我們要的結果。
那么，這個過程發生了什么呢？
lock.wait() 方法，交出鎖的控制權，進入 wait 狀態； lock.wait() 釋放控制權后， B 才得到了鎖；lock.notify() 方法，喚醒正在 wait 的 A;為了更好理解，我在上面的代碼里加上 log 方便讀者查看。
private static void demo3() {
Object lock = new Object();
Thread A = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("INFO: A 等待鎖");
synchronized (lock) {
System.out.println("INFO: A 得到了鎖 lock");
System.out.println("A 1");
try {
System.out.println("INFO: A 準備進入等待狀態，放棄鎖 lock 的控制權");
lock.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 lock");
System.out.println("A 2");
System.out.println("A 3");
}
}
});
Thread B = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("INFO: B 等待鎖");
synchronized (lock) {
System.out.println("INFO: B 得到了鎖 lock");
System.out.println("B 1");
System.out.println("B 2");
System.out.println("B 3");
System.out.println("INFO: B 打印完畢，調用 notify 方法");
lock.notify();
}
}
});
A.start();
B.start();
}打印結果如下:
INFO: A 等待鎖
INFO: A 得到了鎖 lock
A 1
INFO: A 準備進入等待狀態，調用 lock.wait() 放棄鎖 lock 的控制權
INFO: B 等待鎖
INFO: B 得到了鎖 lock
B 1
B 2
B 3
INFO: B 打印完畢，調用 lock.notify() 方法
INFO: 有人喚醒了 A, A 重新獲得鎖 lock
A 2
A 3
四個線程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全執行完畢后才執行，而且 A B C 是同步運行的
最開始我們介紹了 thread.join()，可以讓一個線程等另一個線程運行完畢后再繼續執行，那我們可以在 D 線程里依次 join A B C，不過這也就使得 A B C 必須依次執行，而我們要的是這三者能同步運行。
或者說，我們希望達到的目的是：A B C 三個線程同時運行，各自獨立運行完后通知 D；對 D 而言，只要A B C 都運行完了，D 再開始運行。針對這種情況，我們可以利用 CountdownLatch 來實現這類通信方式。它的基本用法是：
等待線程里調用 countDownLatch.await() 方法，進入等待狀態，直到計數值變成 0；其他線程里，調用 countDownLatch.countDown() 方法，該方法會將計數值減小 1；其他線程的 countDown() 方法把計數值變成 0 時，等待線程 里的 countDownLatch.await() 立即退出，繼續執行下面的代碼。實現代碼如下：
private static void runDAfterABC() {
int worker = 3;
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(worker);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("D is waiting for other three threads");
try {
countDownLatch.await();
System.out.println("All done, D starts working");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
for (char threadName='A'; threadName <= 'C'; threadName++) {
final String tN = String.valueOf(threadName);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(tN + " is working");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(tN + " finished");
countDownLatch.countDown();
}
}).start();
}
}下面是運行結果：
D is waiting for other three threads
A is working
B is working
C is working
A finished
C finished
B finished
All done, D starts working
其實簡單點來說，CountDownLatch 就是一個倒計數器，我們把初始計數值設置為3，當 D 運行時，先調用 countDownLatch.await() 檢查計數器值是否為 0，若不為 0 則保持等待狀態；當A B C 各自運行完后都會利用countDownLatch.countDown()，將倒計數器減 1，當三個都運行完后，計數器被減至 0；此時立即觸發 D 的 await() 運行結束，繼續向下執行。
因此，CountDownLatch 適用于一個線程去等待多個線程的情況。
三個運動員各自準備，等到三個人都準備好后，再一起跑
上面是一個形象的比喻，針對線程 A B C 各自開始準備，直到三者都準備完畢，然后再同時運行。也就是要實現一種線程之間互相等待的效果，那應該怎么來實現呢？
上面的 CountDownLatch 可以用來倒計數，但當計數完畢，只有一個線程的 await() 會得到響應，無法讓多個線程同時觸發。
為了實現線程間互相等待這種需求，我們可以利用 CyclicBarrier 數據結構，它的基本用法是：
CyclicBarrier 對象，設置同時等待的線程數，CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3); cyclicBarrier.await(); 即可開始等待別人；cyclicBarrier.await();時，意味著這些線程都準備完畢好，然后這些線程才同時繼續執行。實現代碼如下，設想有三個跑步運動員，各自準備好后等待其他人，全部準備好后才開始跑：
private static void runABCWhenAllReady() {
int runner = 3;
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(runner);
final Random random = new Random();
for (char runnerName='A'; runnerName <= 'C'; runnerName++) {
final String rN = String.valueOf(runnerName);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
long prepareTime = random.nextInt(10000) + 100;
System.out.println(rN + " is preparing for time: " + prepareTime);
try {
Thread.sleep(prepareTime);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
System.out.println(rN + " is prepared, waiting for others");
cyclicBarrier.await(); // 當前運動員準備完畢，等待別人準備好
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(rN + " starts running"); // 所有運動員都準備好了，一起開始跑
}
}).start();
}
}打印的結果如下：
A is preparing for time: 4131
B is preparing for time: 6349
C is preparing for time: 8206
A is prepared, waiting for others
B is prepared, waiting for others
C is prepared, waiting for others
C starts running
A starts running
B starts running
子線程完成某件任務后，把得到的結果回傳給主線程
實際的開發中，我們經常要創建子線程來做一些耗時任務，然后把任務執行結果回傳給主線程使用，這種情況在 Java 里要如何實現呢？
回顧線程的創建，我們一般會把 Runnable 對象傳給 Thread 去執行。Runnable定義如下：
public interface Runnable {
public abstract void run();
}可以看到 run() 在執行完后不會返回任何結果。那如果希望返回結果呢？這里可以利用另一個類似的接口類 Callable：
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}可以看出 Callable 最大區別就是返回范型 V 結果。
那么下一個問題就是，如何把子線程的結果回傳回來呢？在 Java 里，有一個類是配合 Callable 使用的：FutureTask，不過注意，它獲取結果的 get 方法會阻塞主線程。
舉例，我們想讓子線程去計算從1加到100，并把算出的結果返回到主線程。
private static void doTaskWithResultInWorker() {
Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("Task starts");
Thread.sleep(1000);
int result = 0;
for (int i=0; i<=100; i++) {
result += i;
}
System.out.println("Task finished and return result");
return result;
}
};
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
new Thread(futureTask).start();
try {
System.out.println("Before futureTask.get()");
System.out.println("Result: " + futureTask.get());
System.out.println("After futureTask.get()");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}打印結果如下：
Before futureTask.get()
Task starts
Task finished and return result
Result: 5050
After futureTask.get()
可以看到，主線程調用 futureTask.get() 方法時阻塞主線程；然后 Callable 內部開始執行，并返回運算結果；此時 futureTask.get() 得到結果，主線程恢復運行。
這里我們可以學到，通過 FutureTask 和 Callable 可以直接在主線程獲得子線程的運算結果，只不過需要阻塞主線程。當然，如果不希望阻塞主線程，可以考慮利用 ExecutorService，把 FutureTask 放到線程池去管理執行。
關于Java中線程之間的通信是如何實現的就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。
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