詳解Java中如何保成線(xiàn)程順序執(zhí)行附實(shí)例操作代碼

勇敢的小蘿卜 2021-08-11 10:05:07 瀏覽數(shù) (2690)

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只要了解過(guò)多線(xiàn)程，我們就知道線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)程之后，線(xiàn)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(xiàn)程可以看成是相對(duì)于的主線(xiàn)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(xiàn)程的順序執(zhí)行呢？

如何保證線(xiàn)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(xiàn)程等待子線(xiàn)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(xiàn)程是父線(xiàn)程，在其中我們創(chuàng)建了3個(gè)子線(xiàn)程A,B,C，子線(xiàn)程的執(zhí)行相對(duì)父線(xiàn)程是異步的，不能保證順序性。而對(duì)子線(xiàn)程使用Thread.join()方法之后就可以讓父線(xiàn)程等待子線(xiàn)程運(yùn)行結(jié)束后，再開(kāi)始執(zhí)行父線(xiàn)程，這樣子線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)程線(xiàn)程池來(lái)實(shí)現(xiàn)

另一種保證線(xiàn)程順序執(zhí)行的方法是使用一個(gè)單線(xiàn)程的線(xiàn)程池，這種線(xiàn)程池中只有一個(gè)線(xiàn)程，相應(yīng)的，內(nèi)部的線(xiàn)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(xiàn)程的執(zhí)行順序，讓線(xiàn)程按一定的順序執(zhí)行。這里介紹第三種思路，那就是線(xiàn)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(xiàn)程都被創(chuàng)建并start()，這時(shí)候三個(gè)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)程休眠時(shí)間
    public final static int SLEEP_TIME = 1;

    public static void foo(int name){
        //因?yàn)榫€(xiàn)程的執(zhí)行順序是不可預(yù)期的，因此需要每個(gè)線(xiàn)程自旋
        while (true) {
            if (ticket == name) {
                try {
                    Thread.sleep(SLEEP_TIME);
                    //每個(gè)線(xiàn)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(xiàn)程執(zhí)行的順序而是考慮用一些方法控制線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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€(xiàn)程的執(zhí)行順序是不可預(yù)期的，因此需要每個(gè)線(xiàn)程自旋
            System.out.println("線(xiàn)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(xiàn)程" + name + " 開(kāi)始等待");
                    //開(kāi)始等待被喚醒
                    conditions[name - 1].await();
                    System.out.println("線(xiàn)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(xiàn)程2 開(kāi)始執(zhí)行
當(dāng)前標(biāo)識(shí)位為1,線(xiàn)程2 開(kāi)始等待
線(xiàn)程1 開(kāi)始執(zhí)行
1
線(xiàn)程3 開(kāi)始執(zhí)行
當(dāng)前標(biāo)識(shí)位為2,線(xiàn)程3 開(kāi)始等待
線(xiàn)程2 被喚醒
2
線(xiàn)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。