Java多线程之以7种方式让主线程等待子线程结束

时间:2021-07-31 04:49:45

记一次主线程等待子线程结束的多种方法的学习

在学习多线程时,最开始遇到的问题其实是“计算子线程运行时间”,写到最后发现本文和标题更为符合,但是仍然基于问题:“在主线程中获取子线程的运行时间”。


while循环

对于“主线程如何获取子线程总运行时间”的问题,最开始想到的是使用while循环进行轮询:

Thread t = new Thread(() -> {
//子线程进行字符串连接操作
int num = 1000;
String s = "";
for (int i = 0; i < num; i++) {
s += "Java";
}
System.out.println("t Over");
});
//开始计时
long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
t.start();
long end = 0;
while(t.isAlive() == true){//t.getState() != State.TERMINATED这两种判断方式都可以
end = System.currentTimeMillis();
}
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - start = " + (end - start));

但是这样太消耗CPU,所以我在while循环里加入了暂停:

while(t.isAlive() == true){
end = System.currentTimeMillis();
try {
Thread.sleep(10);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}

这样做的结果虽然cpu消耗减少,但是数据不准确了


Thread的join()方法

接着我又找到了第二种方法:

long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
t1.start();
try {
t.join();//注意这里
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - Start:" + (end - start));

使用join()方法,join()方法的作用,是等待这个线程结束;(t.join()方法阻塞调用此方法的线程(calling thread),直到线程t完成,此线程再继续,这里贴个说的挺清楚的博客


synchronized的等待唤醒机制

第二种方法的确实现了计时,接着我又想到了多线程的等待唤醒机制,思路是:子线程启动后主线程等待,子线程结束后唤醒主线程。于是有了下面的代码:

Object lock = new Object();
Thread t = new Thread(() -> {
int num = 1000;
String s = "";
for (int i = 0; i < num; i++) {
s += "Java";
}
System.out.println("t Over");
lock.notify();//子线程唤醒
});
//计时
long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
//启动子线程
t.start();
try {
lock.wait();//主线程等待
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - start = " + (end - start));

但是这样会抛出两个异常:

Java多线程之以7种方式让主线程等待子线程结束

由于对wait()和notify()的理解并不是很深刻,所以我最开始并不清楚为什么会出现这样的结果,因为从报错顺序来看子线程并没有提前唤醒,于是我在segmentfaultCSDN都发出了提问,同时也询问了我一个很厉害的朋友,最后得出的结论是调用wait()方法时需要获取该对象的锁,Object文档里是这么说的:

The current thread must own this object's monitor.

IllegalMonitorStateException - if the current thread is not the owner of the object's monitor.

所以上面的代码需要改成这样:

Thread t = new Thread(() -> {
int num = 1000;
String s = "";
for (int i = 0; i < num; i++) {
s += "Java";
}
System.out.println("t Over");
synchronized (lock) {//获取对象锁
lock.notify();//子线程唤醒
}
});
//计时
long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
//启动子线程
t.start();
try {
synchronized (lock) {//这里也是一样
lock.wait();//主线程等待
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - start = " + (end - start));

这样的确得出了结果,但是我想知道两个线程的执行顺序,于是在wait和nitify前后分别加了一个输出,最后得出的运行结果是:

Java多线程之以7种方式让主线程等待子线程结束

可以看出主线程先wait子线程再notify,也就是说,如果子线程在主线程wati前调用了nitify,会导致主线程无限等待,所以这个思路还是有一定的漏洞的。

关于wait和notify这里贴个挺清楚的博客


CountDownLatch

第四种方式可以等待多个线程结束,就是使用java.util.concurrent包下的CountDownLatch类(关于CountDownLatch的用法可以参考这篇简洁的博客

简单来说,CountDownLatch类是一个计数器,可以设置初始线程数(设置后不能改变),在子线程结束时调用countDown()方法可以使线程数减一,最终为0的时候,调用CountDownLatch的成员方法wait()的线程就会取消BLOKED阻塞状态,进入RUNNABLE从而继续执行。下面上代码:

int threadNumber = 1;
final CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(threadNumber);//参数为线程个数 Thread t = new Thread(() -> {
int num = 1000;
String s = "";
for (int i = 0; i < num; i++) {
s += "Java";
}
System.out.println("t Over");
cdl.countDown();//此方法是CountDownLatch的线程数-1
}); long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
t.start();
//线程启动后调用countDownLatch方法
try {
cdl.await();//需要捕获异常,当其中线程数为0时这里才会继续运行
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - start = " + (end - start));

Future

又想到刚学习了线程池,线程池的submit()的返回对象Future接口有一个get()方法也可以阻塞当前线程(其实该方法主要用途是获取子线程的返回值),所以第五种方法也出来了:

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);

Thread t = new Thread(() -> {
int num = 1000;
String s = "";
for (int i = 0; i < num; i++) {
s += "Java";
}
System.out.println("t Over");
});
long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
Future future = executorService.submit(t);//子线程启动
try {
future.get();//需要捕获两种异常
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}catch (ExecutionException e){
e.printStackTrace();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - start = " + (end - start));
executorService.shutdown();

这里, ThreadPoolExecutor 是实现了 ExecutorService的方法, sumbit的过程就是把一个Runnable接口对象包装成一个 Callable接口对象, 然后放到 workQueue里等待调度执行. 当然, 执行的启动也是调用了thread的start来做到的, 只不过这里被包装掉了. 另外, 这里的thread是会被重复利用的, 所以这里要退出主线程, 需要执行以下shutdown方法以示退出使用线程池. 扯远了.

这种方法是得益于Callable接口和Future模式, 调用future接口的get方法, 会同步等待该future执行结束, 然后获取到结果. Callbale接口的接口方法是 V call(); 是可以有返回结果的, 而Runnable的 void run(), 是没有返回结果的. 所以, 这里即使被包装成Callbale接口, future.get返回的结果也是null的.如果需要得到返回结果, 建议使用Callable接口.

参见这篇博客

看到这个Callable突然想到之前看C#多线程的时候有说到回调的问题,因此先开个坑,下篇博文说说Java的Callable与callback问题,先贴个Callable的简单讲解


BlockingQueue

同时,在concurrent包中,还提供了BlockingQueue(队列)来操作线程,BlockingQueue的主要的用法是在线程间安全有效的传递数据,具体用法可以参见这篇博客,对于BlockingQueue说的非常详细。因此,第六种方法也出来了:

BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1);//数组型队列,长度为1
Thread t = new Thread(() -> {
int num = 1000;
String s = "";
for (int i = 0; i < num; i++) {
s += "Java";
}
System.out.println("t Over");
try {
queue.put("OK");//在队列中加入数据
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
t.start();
try {
queue.take();//主线程在队列中获取数据,take()方法会阻塞队列,ps还有不会阻塞的方法
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - start = " + (end - start));

CyclicBarrier

那么,有没有第七种方式呢?当然有啦~,还是concurrent包,只不过这次试用CyclicBarrier类:

CyclicBarrier字面意思回环栅栏,通过它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。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后,CyclicBarrier可以被重用。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2);//参数为线程数
Thread t = new Thread(() -> {
int num = 1000;
String s = "";
for (int i = 0; i < num; i++) {
s += "Java";
}
System.out.println("t Over");
try {
barrier.await();//阻塞
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
});
long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("start = " + start);
t.start();
try {
barrier.await();//也阻塞,并且当阻塞数量达到指定数目时同时释放
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("end = " + end);
System.out.println("end - start = " + (end - start));

实际是上面这种方法是不太严谨的,因为在子线程阻塞之后如果还有代码是会继续执行的,当然本例中后面是没有代码可执行了,可以近似理解为是子线程的运行时间。

这里贴个CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore的讲解博客


小结

至此,集齐了七颗龙珠,得出小结:

  1. while循环进行轮询
  2. Thread类的join方法
  3. synchronized锁
  4. CountDownLatch
  5. Future
  6. BlockingQueue
  7. CyclicBarrier