一直搞不懂Java线程通信，这次终于明白了-51CTO.COM

本文章收录于《Java并发编程》合集中，本篇来介绍线程间通信，线程间通信使线程成为一个整体，提高系统之间的交互性，在提高CPU利用率的同时可以对线程任务进行有效的把控与监督。

比如：多线程之间交替执行，多线程按顺序执行等，都需要使用线程通信技术，通过本篇文章您可以获得：

什么是线程通信，有什么作用

线程通信的三种实现方式

notifyAll的虚假唤醒问题，notify死锁问题

通过 ReentrantLock 实现精确唤醒

多线程按顺序执行的四种方案

线程通信常见面试题解析

相信你还有更多方式实现线程通信？不妨评论区告诉我们吧，高频率码字不易，觉得文章不错记得点赞支持一下哦！

线程间通信

线程之间的交互我们称之为线程通信【Inter-Thread Communication，简称ITC】，指多个线程处理同一资源，但是任务不同

比如：小明放假在家，肚子饿了，如果发现没有吃的就会喊：妈，我饿了，弄点吃的，如果妈妈发现没有吃的了就会做菜，通知小明吃饭，总之：有菜通知小明吃饭，没菜小明通知妈妈做饭，简直吃货一个

此时就是两个线程对饭菜这同一资源有不同的任务，妈妈线程就是做饭，小明线程是吃饭，如果想要实现上边的场景，就需要妈妈线程和小明线程之间通信

要实现线程之间通信一般有三种方法：

使用Object对象锁的wait()、notify()和notifyAll()方法
使用Java5新增的JUC中的ReentrantLock结合Condition
使用JUC中的CountDownLatch【计数器】

对象锁wait和notifyAll方法实现

在此案例中，同一资源就是饭菜，小明对吃的操作是造，而妈妈对吃的操作是做

饭菜资源：

public class KitChenRoom {

    // 是否有吃的
    private boolean hasFood = false;
    // 设置同步锁,做饭和吃饭只能同时有一个在执行，不能边做边吃
    private Object lock = new Object();
    // 做饭
    public void cook() {
        // 加锁
        synchronized (lock) {
            // 如果有吃的，就不做饭
            if(hasFood) {
                // 还有吃的，先不做饭
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            // 否则就做饭，
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没吃的了，给娃做饭！");
            // 做好之后，修改为true
            hasFood = true;
            // 通知其他线程吃饭
            lock.notifyAll();
        }
    }
    
    // 吃饭
    public void eat() {
        synchronized (lock) {
            // 如果没吃的，就喊妈妈做饭，暂时吃不了
            if (!hasFood) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            // 否则就吃饭
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "感谢老妈，恰饭，恰饭");
            // 吃完之后，修改为false
            hasFood = false;
            // 通知其他线程吃饭
            lock.notifyAll();
        }
    }
}

测试类：

public class KitChenMain {
    public static void main(String[] args) {
                // 创建饭菜对象
        KitChenRoom chenRoom = new KitChenRoom();

        // 创建妈妈线程，做饭
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                chenRoom.cook();
            }
        },"妈妈线程：").start();

        // 创建小明线程，吃饭
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                chenRoom.eat();
            }
        },"小明线程：").start();
    }
}

运行结果：发现两个线程交替执行，没饭的时候妈妈做饭，有饭的时候小明就恰饭

虚假唤醒

在wait方法的源码注释中有这么一段话：

As in the one argument version, interrupts and spurious wakeups are possible, 
and this method should always be used in a loop

翻译：在单参数版本中，中断和虚假唤醒是可能的，并且该方法应始终在循环中使用

比如上边的饭菜资源代码中我们使用的是if判断是否有吃的

如果此时我们再开启一个大明线程吃饭，开启一个爸爸线程做饭，此时会发生什么问题呢

改造测试类：再开启一个大明线程和一个爸爸线程

public class KitChenMain {
    public static void main(String[] args) {

        KitChenRoom chenRoom = new KitChenRoom();

        // 创建妈妈线程
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                chenRoom.cook();
            }
        },"妈妈线程：").start();

        // 创建小明线程
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                chenRoom.eat();
            }
        },"小明线程：").start();
        // 爸爸线程：做饭
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                chenRoom.cook();
            }
        },"爸爸线程：").start();

        // 大明线程：吃饭
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                chenRoom.eat();
            }
        },"大明线程：").start();
    }
}

运行结果：发现爸爸线程和妈妈线程连着做了三次饭

原因：

这是由于wait方法的机制导致的，wait方法会使线程阻塞，直到被唤醒之后才会运行，在哪里阻塞，再次被唤醒之后得到CPU执行权，就会在哪里继续运行
现在是4条线程，假设爸爸线程运行之后将 hasFood 改为true，此时爸爸线程就会唤醒其他线程，也就是妈妈线程和小明，大明线程都会被唤醒，如果此时妈妈线程获取到CPU时间片开始运行，判断 hasFood 为 true，那么就触发wait等待，等待之后就会释放CPU执行权，唤醒其他线程
如果此时爸爸线程又获取到CPU执行权，同样判断hasFood之后为true，就会进入等待，唤醒其他线程，如果此时CPU执行权又分配给了妈妈线程，因为之前已经经过了判断，就会在wait的地方，继续执行，就会触发给娃做饭，之后再唤醒其他线程
此时爸爸线程得到CPU时间片，则会在上次wait的地方继续执行，同样的给娃做饭，就会出现上图的效果，爸妈线程交替做饭

解决：将if替换为while，while语句块每次执行完之后都会重新判断，知道条件不成立才会结束循环，即可解决

public class KitChenRoom {

    private boolean hasFood = false;

    private Object lock = new Object();

    public void cook() {
        // 加锁
        synchronized (lock) {
            // 将if替换为while
            while(hasFood) {
                // 还有吃的，先不做饭
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            // 否则就做饭，
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没吃的了，给娃做饭！");
            // 做好之后，修改为true
            hasFood = true;
            // 通知其他线程吃饭
            lock.notifyAll();
        }
    }

    // 吃饭
    public void eat() {
        synchronized (lock) {
            // 将if替换为while
            while (!hasFood) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            // 否则就吃饭
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "感谢老妈，恰饭，恰饭");
            // 吃完之后，修改为false
            hasFood = false;
            // 通知其他线程吃饭
            lock.notifyAll();
        }
    }

}

运行结果：发现做饭和吃饭交替执行

为什么使用while就能解决呢？其实就是 if和while的区别

由于在多线程内容中，有很多小伙伴犯迷，为什么用while就解决了，其实是思路没有打开，把以前学的东西都忘记了，满脑子都是多线程的东西，你说是不是！学习要融会贯通，将前后所有的知识点串起来

解决虚假唤醒非常简单，其实就是利用了while的特性，while体每次执行都会循环再次判断条件，直到条件不成立跳出循环，在这也是一样：

妈妈线程执行发现hasFood = true，就进入等待，再次得到cpu时间片执行时，在哪里等待就在哪里醒来继续执行，也就是再lock.wait()的地方继续执行
由于该代码在while循环中，会循环判断，如果hasFood = true继续wait，如果hasFood = false就跳出循环，执行循环体之外的代码
但是如果是if，就只会判断一次，醒来之后不会再次判断，因为lock.wait()代码已经执行过了，会直接向下执行，开始给娃做饭

notify和notifyAll

上边我们使用notifyAll唤醒了所有线程，如果将notifyAll替换为notify会发生什么？

public class KitChenRoom {

    private boolean hasFood = false;
    private Object lock = new Object();

    public void cook() {
        synchronized (lock) {
            while (hasFood) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没吃的了，给娃做饭！");
            hasFood = true;
            // // 替换为notify
            lock.notify();
        }
    }

    public void eat() {
        synchronized (lock) {
            while (!hasFood) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            hasFood = false;
            // 替换为notify
            lock.notify();
        }
    }
}

运行结果：运行三次，发现前两次程序卡住不动，产生死锁，第三次正常执行完

在解释这个原因之前先搞清楚锁池和等待池两个概念：

锁池：假设线程A已经拥有了某个对象的锁【注意:不是类】，而其它的线程想要调用这个对象的某个synchronized方法【或者synchronized块】，由于这些线程在进入对象的synchronized方法之前必须先获得该对象的锁的拥有权，但是该对象的锁目前正被线程A拥有，所以这些线程就进入了该对象的锁池中。
等待池：假设一个线程A调用了某个对象的wait()方法，线程A就会释放该对象的锁，之后进入到了该对象的等待池中

对象锁：任何一个对象都可以被当做锁，所以称为对象锁，比如下方代码lock1和lock2就是两把对象锁，都有自己独立的锁池和等待池

调用 lock1.wait() 就是该线程进入到lock1对象锁的等待池中
lock1.notify()就是唤醒lock1对象锁的等待池中的随机一个等待线程，lock1.notifyAll(); 就是唤醒该等待池中所有等待线程
lock1的锁池和等待池与lock2是独立的，互不影响，并不会唤醒彼此等待池中的线程

// 锁1
private Object lock1 = new Object();
// 锁2
private Object lock2 = new Object();

public void cook() {
    // 使用lock1对象锁
    synchronized (lock1) {
        lock1.wait();
    }
    lock1.notify();
}

调用wait、notify、notifyAll之后线程变化：

如果线程调用了对象的wait()方法，那么线程便会处于该对象的等待池中，等待池中的线程不会去竞争该对象的锁。
当有线程调用了对象的notifyAll()方法【唤醒所有该对象等待池中的 wait 线程】或 notify()方法【只随机唤醒一个该对象等待池中的 wait 线程】，被唤醒的的线程便会进入该对象的锁池中，锁池中的线程会去竞争该对象锁。也就是说，调用了notify后只要一个线程会由等待池进入锁池，而notifyAll会将该对象等待池内的所有线程移动到锁池中，等待锁竞争
优先级高的线程竞争到对象锁的概率大，假若某线程没有竞争到该对象锁，它还会留在锁池中，唯有线程再次调用wait()方法，它才会重新回到等待池中。而竞争到对象锁的线程则继续往下执行，直到执行完了 synchronized 代码块，它会释放掉该对象锁，这时锁池中的线程会继续竞争该对象锁。

为什么会死锁呢？

KitChenRoom中有 cook 和 eat 两个方法都是有同步代码块，并且进入while之后就会调用lock对象锁的wait方法，所以多个调用过cook和eat方法的线程就会进入等待池处于阻塞状态，等待一个正在运行的线程来唤醒它们。下面分别分析一下使用notify和notifyAll方法唤醒线程的不同之处：

使用notify：notify方法只能唤醒一个线程，其它等待的线程仍然处于wait状态，假设调用cook方法的线程执行完后，所有的线程都处于等待状态，此时又执行了notify方法，这时如果唤醒的仍然是一个调用cook方法的线程【比如爸爸线程将妈妈线程唤醒】，那么while循环等于true，则此唤醒的线程【妈妈线程】就会调用wait方法，也会处于等待状态，而且没有唤醒其他线程，那就芭比Q了，此时所有的线程都处于等待状态，就发生了死锁。
使用notifyAll：可以唤醒所有正在等待该锁的线程，那么所有的线程都会处于运行前的准备状态（就是cook方法执行完后，唤醒了所有等待该锁的线程），那么此时，即使再次唤醒一个调用cook方法的线程，while循环等于true，唤醒的线程再次处于等待状态，那么还会有其它的线程可以获得锁，进入运行状态。

解决wait死锁的两种方案：

通过调用notifyAll唤醒所有等待线程
调用 wait(long timeout) 重载方法，设置等待超时时长，在指定时间内还没被唤醒则自动醒来

下边仍然是调用 notify 唤醒等待池中的一个线程，但是调用wait(long timeout) 超时等待方法，让线程进入等待状态

public class KitChenRoom {

    private boolean hasFood = false;
    private Object lock = new Object();

    public void cook() {
        synchronized (lock) {
            while (hasFood) {
                try {
                    // 超时等待 2 秒
                    lock.wait(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "没吃的了，给娃做饭！");
            hasFood = true;
            lock.notify();
        }
    }

    public void eat() {
        synchronized (lock) {
            while (!hasFood) {
                try {
                    // 超时等待 2 秒
                    lock.wait(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "感谢老妈，恰饭，恰饭");
            hasFood = false;
            lock.notify();
        }
    }
}

运行结果：运行三次发现，第一次程序陷入了两次等待2秒之后程序继续执行，这就是超时自动唤醒，避免了死锁

总结：

notify方法很容易引起死锁，除非你根据自己的程序设计，确定不会发生死锁，notifyAll方法则是线程的安全唤醒方法
如果程序允许超时唤醒，则可以使用wait(long timeout)方法
wait(long timeout,int nanou)：与 wait(long timeout)相同，不过提供了纳秒级别的更精确的超时控制

ReentrantLock结合Condition

Condition是JDK1.5新增的接口，在java.util.concurrent.locks 包中，提供了类似的Object的监视器方法，与Lock配合可以实现等待/通知模式，方法作用在下方源码中已简单注释，想要查看详细说明，强烈建议看源码，通过翻译软件翻译一下就行！

package java.util.concurrent.locks;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.Date;

public interface Condition {

    //使当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态
    void await() throws InterruptedException;

    // 使当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。【注意：该方法对中断不敏感】。
    void awaitUninterruptibly();

    // 使当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。
    // 返回值表示剩余时间，如果在nanosTimesout之前唤醒，那么返回值 = nanosTimeout - 消耗时间，如果返回值 <= 0 ,则可以认定它已经超时了
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;

    // 使当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    // 使当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态。如果没有到指定时间就被通知，则返回true，否则表示到了指定时间，返回返回false
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;

    // 唤醒一个等待线程。该线程从等待方法返回前必须获得与Condition相关的锁。
    void signal();

    // 唤醒所有等待线程。能够从等待方法返回的线程必须获得与Condition相关的锁
    void signalAll();
}

在此我们通过经典的生产者消费者案例说一下Condition实现线程通信，多几种案例思维更宽阔，多样化理解对技术刺激更大

案例：有一个快递点，可以接货和送货，最多存放5个包裹，再放就提示包裹已满，派件时包裹送完就不能再送，提示没有包裹，不能派送

快递点：

package com.stt.thread.communication;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 快递点：
 * goodsNumber: 快递数量，默认为0，最多5个，保障原子性使用 AtomicInteger 
 * receiving() : 收货方法，累加货物数量，每次 + 1
 * dispatch() : 派送方法，递减数量，每次 - 1
 * 注意：因为使用 Condition 实现，Condition 需要通过 ReentrantLock 获取，
 *      所以可以使用 ReentrantLock实现同步就不需要 synchronized
 */
public class ExpressPoint {

    // 快递数量，使用原子类
    private AtomicInteger goodsNumber = new AtomicInteger();

    // 锁对象
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    // 创建线程通信对象
    private Condition condition = lock.newCondition();

    // 收货方法，使用Lock锁，就不需要synchronized同步了
    public void receiving() {
        // 上锁
        lock.lock();
        // 写try...finally，保障无论是否发生异常都可以解锁，避免死锁
        try {
            // 如果达到5个，就提示，并且等待
            while (goodsNumber.get() == 5) {
                System.out.println("库房已满，已不能再接收！");
                // 等待，有异常抛出
                condition.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已收到编号：" + goodsNumber.incrementAndGet() + "的包裹");
            // 唤醒其他线程
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }
    // 派送方法
    public void dispatch() {
        // 上锁
        lock.lock();
        try {
            // 等于0就不能再派送
            while (goodsNumber.get() == 0) {
                System.out.println("没有包裹，不能派送！");
                condition.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已送出编号：" + goodsNumber.get() + "的包裹");
            goodsNumber.decrementAndGet();
            condition.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

测试类：通过while死循环，不断接货和送货

public class ExpressPointMain {

    public static void main(String[] args) {
        ExpressPoint expressPoint = new ExpressPoint();

        // 收货线程
        new Thread(() -> {
            while (true){
                expressPoint.receiving();
            }
        },"收货员").start();

        // 送货线程
        new Thread(() -> {
            while (true){
                expressPoint.dispatch();
            }
        },"送货员").start();
    }
}

运行结果：发现收货员线程和送货员线程交替执行，并且库存满和送完之后都有对应的提示

总结：在Condition中，用await()替换wait()，用signal()替换 notify()，用signalAll()替换notifyAll()，对于我们以前使用传统的Object方法，Condition都能够给予实现

Condition 精准唤醒

不同的 Condition 可以用来等待和唤醒不同的线程，类似于上边我们说的等待池，但是Condition是通过队列实现等待和唤醒，Condition的await()方法，会使得当前线程进入等待队列并释放锁，同时线程状态变为等待状态。当从await()返回时，当前线程一定是获取了Condition相关联的锁。Condition实现方式在后边我们再分析

上边调用await 和 signalAll方法是控制所有该Condition对象的线程，我们有两个线程分别为收货和送货，我们可以创建两个Condition对象来精准控制等待和唤醒收货和送货线程。

package com.stt.thread.communication;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
定义两个 Condition 对象，一个控制收货线程等待和唤醒，一个控制送货线程的等待和唤醒
 */
public class ExpressPoint {

    // 快递数量，使用原子类
    private AtomicInteger goodsNumber = new AtomicInteger();

    // 锁对象
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    // 创建线程通信对象
    private Condition receivingCondition = lock.newCondition();
    private Condition dispatchCondition = lock.newCondition();

    // 收货方法，使用Lock锁，就不需要synchronized同步了
    public void receiving() {
        // 上锁
        lock.lock();
        // 写try...finally，保障无论是否发生异常都可以解锁，避免死锁
        try {
            // 判断是否继续接货
            while (goodsNumber.get() == 5) {
                System.out.println("库房已满，已不能再接收！");
                // 让收货线程进入等待
                receivingCondition.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已收到编号：" + goodsNumber.incrementAndGet() + "的包裹");
            // 仅仅唤醒送货线程
            dispatchCondition.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }
    // 派送方法
    public void dispatch() {
        // 上锁
        lock.lock();
        try {
            // 判断是否继续送货
            while (goodsNumber.get() == 0) {
                System.out.println("没有包裹，不能派送！");
                // 送货线程等待
                dispatchCondition.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已送出编号：" + goodsNumber.get() + "的包裹");
            goodsNumber.decrementAndGet();
            // 唤醒收货线程
            receivingCondition.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } finally {
            // 解锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

运行结果：运行结果是一样的，只是仅仅会让对应的线程等待和唤醒

Condition实现分析

等待队列

Conditiont的等待队列是一个FIFO队列，队列的每个节点都是等待在Condition对象上的线程的引用，该线程就是在Condition对象上等待的线程，如果一个线程调用了Condition.await()，那么该线程就会释放锁，构成节点加入等待队列并进入等待状态。

从下图可以看出来Condition拥有首尾节点的引用，而新增节点只需要将原有的尾节点nextWaiter指向它，并更新尾节点即可。上述节点引用更新过程没有使用CAS机制，因为在调用await()的线程必定是获取了锁的线程，该过程由锁保证线程的安全。

一个Lock（同步器）拥有一个同步队列和多个等待队列：

如上边的例子：就是拥有receivingCondition 和 dispatchCondition两个等待队列

private Condition receivingCondition = lock.newCondition();
private Condition dispatchCondition = lock.newCondition();

等待

调用Condition的await()方法，会使得当前线程进入等待队列并释放锁，同时线程状态变为等待状态。当从await()返回时，当前线程一定是获取了Condition相关联的锁。

线程触发await()这个过程可以看作是同步队列的首节点【当前线程肯定是成功获得了锁，才会执行await方法，因此一定是在同步队列的首节点】移动到了Condition的等待队列的尾节点，并释放同步状态进入等待状态，同时会唤醒同步队列的后继节点

唤醒

调用signal()：会唤醒再等待队列中的首节点，该节点也是到目前为止等待时间最长的节点
调用signalAll()：将等待队列中的所有节点全部唤醒，相当于将等待队列中的每一个节点都执行一次signal()

CountDownLatch

Java5之后在 java.util.concurrent 也就是【JUC】包中提供了很多并发编程的工具类，如 CountDownLatch 计数器是基于 AQS 框架实现的多个线程之间维护共享变量的类

使用场景

可以通过 CountDownLatch 使当前线程阻塞，等待其他线程完成给定任务，比如，等待线程完成下载任务之后，提示用户下载完成；导游等待所有游客参观完之后去下一个景点等

使用介绍

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待n个点完成，这里就传入n。这里所说的n个点，可以是n个线程，也可以是1个线程里的n个执行步骤。CountDownLatch 构造函数如下：

public CountDownLatch(int count) {
        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
        this.sync = new Sync(count);
 }

计数器参数count必须大于等于0，等于0的时候，调用await方法时不会阻塞当前线程。

当我们调用CountDownLatch的countDown()方法时，n就会减1，CountDownLatch的await()方法会阻塞当前线程，直到n变成零，继续执行。

CountDownLatch 方法

await()：阻塞当前线程，直到计数器为零为止
await(long timeout, TimeUnit unit)：await()的重载方法，可以指定阻塞时长
countDown()：计数器减1，如果计数达到零，释放所有等待的线程
getCount()：返回当前计数

案例：比如开一把英雄联盟，需要10个人加载完成才会进入游戏，可以理解为10个线程运行完毕之后进入游戏页面

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class LoadingGame {

    public static void main(String[] args) {
        // 计数器
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
        // 玩家数组
        String[] player = new String[10];
        // 随机数，用来加载进度条时线程睡眠使用，防止直接加载到100
        Random random = new Random();
        // 循环开启10个线程，即10个玩家
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            // 记录玩家在数组中的下标
            int index = i;
            new Thread(() -> {
                // 循环进度条到100
                for (int j = 0; j <= 100; j++) {
                    try {
                        // 每加载 1% 就随机睡眠一段时间
                        Thread.sleep(random.nextInt(100));
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    // 修改指定玩家进度条
                    player[index] = j +"%";
                    // 输出当前所有的玩家进度
                    System.out.print("\r" + Arrays.toString(player));
                }
                // 每加载完一个玩家计数-1
                latch.countDown();
            }).start();
        }
        try {
            // 阻塞当前线程【main线程】，等待十个玩家加载结束后唤醒
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("\n"+"游戏开始");
    }
}

运行结果：发现主线程等待10个子线程加载到100时才执行

高频面试题——如何保证多个线程按顺序执行

其实就是让线程按照指定的顺序一个一个执行，这里结合同一案例给大家介绍4种方法：

案例：老师布置作业之后，学生开始写作业，学生写完作业老师批改，之后老师再将学生的作业情况记录下来，这个顺序不可错乱

Thread的join方法

public class HomeworkJoin {
    public static void main(String[] args) {

        // 布置作业线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println("......老师布置作业......");
        });

        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                // t1插入执行，也就是插队
                t1.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("......学生写作业......");
        });


        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            try {
                // t2插队
                t2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("......老师检查作业......");
        });

        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t4 = new Thread(() -> {
            try {
                // t3插队
                t3.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("......老师记录作业情况......");
        });

        // 开启线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();

        // t1线程插队
        try {
            t4.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("......作业布置和检查结束......");
    }
}

运行结果：

使用Condition(条件变量)

我们可以使用Condition精确唤醒下一个需要执行的线程

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class HomeworkCondition {
    // 锁对象
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    // 阻塞队列
    private static Condition doWork = lock.newCondition();
    private static Condition checkWork = lock.newCondition();
    private static Condition recordWork = lock.newCondition();

    /**
     * 为什么要加这三个标识状态?
     * 如果没有状态标识，线程就无法正确唤醒，就一直处于等待状态
     */
    private static Boolean t1Run = false;
    private static Boolean t2Run = false;
    private static Boolean t3Run = false;

    public static void main(String[] args) {
        // 布置作业线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("......老师布置作业......");
                // t1执行完毕
                t1Run = true;
                // 唤醒doWork等待队列中的第一个线程
                doWork.signal();
            }finally {
                lock.unlock();
            }

        });
        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                // 判断是否布置作业
                if(!t1Run) {
                    // 还没布置作业，先不写作业，进入等待队列
                    doWork.await();
                }
                System.out.println("......学生写作业......");
                t2Run = true;
                // 唤醒checkWork等待队列第一个线程
                checkWork.signal();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } finally {
                lock.unlock();
            }

        });

        // 老师家查作业，需要学生写完
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                // 判断学生是否写完作业
                if(!t2Run) {
                    // 没写完，先不检查，进入等待队列
                    checkWork.await();
                }
                System.out.println("......老师检查作业......");
                t3Run = true;
                // 唤醒recordWork等待队列第一个线程
                recordWork.signal();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } finally {
                lock.unlock();
            }

        });

        // 老师上传作业情况，需要检查完
        Thread t4 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                if(!t3Run) {
                    recordWork.await();
                }
                System.out.println("......老师记录作业情况......");
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

使用CountDownLatch(倒计数)

声明三个 CountDownLatch 计数器，初始只都为 1，每次执行上一部操作之后下一步操作的计数器 -1，当计数器值为0时就继续执行，否则就陷入等待

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class HomeworkCountDownLatch {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建三个计数器
        CountDownLatch doWork = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch checkWork = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch recordWork = new CountDownLatch(1);

        // 布置作业线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println("......老师布置作业......");
            // 布置作业之后，做作业计数器 -1
            doWork.countDown();
        });

        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                doWork.await();
                System.out.println("......学生写作业......");
                // 对 检查作业 -1
                checkWork.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });


        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            try {
                doWork.await();
                System.out.println("......老师检查作业......");
                // 对 录入作业情况 -1
                recordWork.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

        });

        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t4 = new Thread(() -> {
            try {
                recordWork.await();
                System.out.println("......老师记录作业情况......");
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

使用CyclicBarrier(回环栅栏)

CyclicBarrier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，【回环】是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用，可以把这个状态当做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。示例如下：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class HomeworkCyclicBarrier {
    public static void main(String[] args) {

        CyclicBarrier doWork = new CyclicBarrier(2);
        CyclicBarrier checkWork = new CyclicBarrier(2);
        CyclicBarrier recordWork = new CyclicBarrier(2);

        // 布置作业线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("......老师布置作业......");
                //放开栅栏1
                doWork.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });

        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                //放开栅栏1
                doWork.await();
                System.out.println("......学生写作业......");
                //放开栅栏2
                checkWork.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });


        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t3 = new Thread(() -> {

            try {
                //放开栅栏2
                checkWork.await();
                System.out.println("......老师检查作业......");
                //放开栅栏3
                recordWork.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

        });

        // 学生写作业，需要等待老师布置完
        Thread t4 = new Thread(() -> {
            try {
                //放开栅栏3
                recordWork.await();
                System.out.println("......老师记录作业情况......");
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

        });
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}

此四种方法都可以实现同样的效果，当然你也可以使用Object的wait() 和 notify()/notifyAll()实现

高频面试题——Thread.join()和CountDownLatch的区别

Thread.join()是Thread类的一个方法，Thread.join()的实现是依靠Object的wait()和notifyAll()来完成的，而CountDownLatch是JUC包中的一个工具类

当我们使用ExecutorService 【线程池】，就不能使用join，必须使用CountDownLatch，比如：

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
for(int x = 0; x < 5; x++) {
    service.submit(new Runnable() {
        public void run() {
            // do something
            latch.countDown();
        }
    });
}
latch.await();

调用join方法需要等待thread执行完毕才能继续向下执行，而CountDownLatch只需要检查计数器的值为零就可以继续向下执行，相比之下，CountDownLatch更加灵活一些，可以实现一些更加复杂的业务场景。

为什么wait, notify和notifyAll这些方法在Object类中不在Thread类里面？

Java提供的锁是对象级的而不是线程级的，线程为了进入临界区【也就是同步块内】，需要获得锁并等待锁可用，它们并不知道也不需要知道哪些线程持有锁，它们只需要知道当前资源是否被占用，是否可以获得锁，所以锁的持有状态应该由同步监视器来获取，而不是线程本身。

如果Java不提供关键字来解决线程之间的通信，锁是对象级别，由于wait，notify，notifyAll都是锁级别的操作，每个对象都可以当做锁所以把他们定义在Object类中是最合适的。