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Java多线程通信

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    正常情况下，每个子线程完成各自的任务就可以结束了。不过有的时候，我们希望多个线程协同工作来完成某个任务，这时就涉及到了线程间通信了。

如何让两个线程依次执行

    假设有两个线程，一个是线程A，另一个是线程B，两个线程分别依次打印1-3三个数字即可。代码如下:

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public class long1_1{
	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();
	}
	
	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);
	    }
	}
	public static void main(String[] args) {
		demo1();
	}
}

输出结果:
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    可以看到A和B是同时打印的。
    那么，如果我们希望B在A全部打印完后再开始打印呢？可以利用thread.join()方法，代码如下:

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public class long1_1{
	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() {
	            System.out.println("B 开始等待 A");
	            try {
	                A.join();
	            } catch (InterruptedException e) {
	                e.printStackTrace();
	            }
	            printNumber("B");
	        }
	    });
	    B.start();
	    A.start();
	}
	
	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);
	    }
	}
	public static void main(String[] args) {
		demo1();
	}
}

输出结果:
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如何让两个线程按照指定方式有序交叉运行？

    A在打印完1后，再让B打印1，2，3，最后再回到A继续打印2，3。这种需求下，显然Thread.join()已经不能满足了。我们需要更细粒度的锁来控制执行顺序。这里可以用object.wait()和object.notify()两个方法来实现。代码如下:

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public class long1_1{
	private static void demo1() {
	    Object lock = new Object();
	    Thread A = new Thread(new Runnable() {
	        @Override
	        public void run() {
	            System.out.println("INFO: A 等待锁");
	            synchronized (lock) {
	                System.out.println("INFO: A 得到了锁 lock");
	                System.out.println("A 1");
	                try {
	                    System.out.println("INFO: A 准备进入等待状态，放弃锁 lock 的控制权");
	                    lock.wait();
	                } catch (InterruptedException e) {
	                    e.printStackTrace();
	                }
	                System.out.println("INFO: 有人唤醒了 A, A 重新获得锁 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 等待锁");
	            synchronized (lock) {
	                System.out.println("INFO: B 得到了锁 lock");
	                System.out.println("B 1");
	                System.out.println("B 2");
	                System.out.println("B 3");
	                System.out.println("INFO: B 打印完毕，调用 notify 方法");
	                lock.notify();
	            }
	        }
	    });
	    A.start();
	    B.start();
	}
	
	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);
	    }
	}
	public static void main(String[] args) {
		demo1();
	}
}

输出结果:
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    那么，这个过程发生了什么呢？

1、首先创建一个A和B共享的对象锁lock = new Object();
2、当A得到锁后，先打印1，然后调用lock.wait()方法，交出锁的控制权，进入wait状态；
3、对B而言，由于A最开始得到了锁，导致B无法执行；直到A调用lock.wait()释放控制权后，B才得到了锁；
4、B在得到锁后打印1，2，3；然后调用lock.notify()方法，唤醒正在 wait的A;
5、A被唤醒后，继续打印剩下的2，3。

四个线程ABCD，其中D要等到ABC全执行完毕后才执行，而且ABC是同步运行的

    A，B，C三个线程同时运行，各自独立运行完后通知 D；对 D 而言，只要A，B，C都运行完了，D再开始运行。针对这种情况，我们可以利用CountdownLatch来实现这类通信方式。它的基本用法是：

1、创建一个计数器，设置初始值，CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
2、在等待线程里调用countDownLatch.await()方法，进入等待状态，直到计数值变成0；
3、在其他线程里，调用countDownLatch.countDown()方法，该方法会将计数值减小1；
4、当其他线程的countDown()方法把计数值变成0时，等待线程里的countDownLatch.await()立即退出，继续执行下面的代码。代码如下:

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import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class long1_1{
	private static void demo1() {
	    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();
	    }
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		demo1();
	}
}

输出结果:
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    其实简单点来说，CountDownLatch就是一个倒计数器，我们把初始计数值设置为3，当D运行时，先调用countDownLatch.await()检查计数器值是否为0，若不为0则保持等待状态；当ABC各自运行完后都会利用countDownLatch.countDown()，将倒计数器减1，当三个都运行完后，计数器被减至0；此时立即触发D的await()运行结束，继续向下执行。因此，CountDownLatch适用于一个线程去等待多个线程的情况。

线程 A B C 各自开始准备，直到三者都准备完毕，然后再同时运行。

    为了实现线程间互相等待这种需求，我们可以利用 CyclicBarrier 数据结构，它的基本用法是：

1、先创建一个公共CyclicBarrier对象，设置同时等待的线程数，CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
2、这些线程同时开始自己做准备，自身准备完毕后，需要等待别人准备完毕，这时调用cyclicBarrier.await(); 即可开始等待别人；
3、当指定的 同时等待的线程数都调用了。cyclicBarrier.await();时，意味着这些线程都准备完毕好，然后这些线程才 同时继续执行。代码如下:

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import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
public class long1_1{
	private static void demo1() {
	    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(); // 当前运动员准备完毕，等待别人准备好
	                } catch (InterruptedException e) {
	                    e.printStackTrace();
	                } catch (BrokenBarrierException e) {
	                    e.printStackTrace();
	                }
	                System.out.println(rN + "starts running"); // 所有运动员都准备好了，一起开始跑
	            }
	        }).start();
	    }
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		demo1();
	}
}

输出结果:
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子线程完成某件任务后，把得到的结果回传给主线程

    实际的开发中，我们经常要创建子线程来做一些耗时任务，然后把任务执行结果回传给主线程使用，这种情况在 Java 里要如何实现呢？
    回顾线程的创建，我们一般会把 Runnable 对象传给 Thread 去执行。Runnable定义如下：

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public interface Runnable{
	public abstract void run();
}

    可以看到 run() 在执行完后不会返回任何结果。那如果希望返回结果呢？这里可以利用另一个类似的接口类 Callable：

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@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 最大区别就是返回范型 V 结果。
    那么下一个问题就是，如何把子线程的结果回传回来呢？在Java里，有一个类是配合Callable使用的：FutureTask，不过注意，它获取结果的 get 方法会阻塞主线程。
    举例，我们想让子线程去计算从 1 加到 100，并把算出的结果返回到主线程。

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import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class long1_1{
	private static void demo1() {
	    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();
	    }
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		demo1();
	}
}

输出结果:
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    可以看到，主线程调用 futureTask.get() 方法时阻塞主线程；然后 Callable 内部开始执行，并返回运算结果；此时 futureTask.get() 得到结果，主线程恢复运行。
    通过 FutureTask 和Callable可以直接在主线程获得子线程的运算结果，只不过需要阻塞主线程。当然，如果不希望阻塞主线程，可以考虑利用 ExecutorService，把 FutureTask 放到线程池去管理执行。

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