面试题：如何让线程顺序执行？

一、实现

本文使用了8种方法实现在多线程中让线程按顺序运行的方法，涉及到多线程中许多常用的方法，不止为了知道如何让线程按顺序运行，更是让读者对多线程的使用有更深刻的了解。使用的方法如下:

[1] 使用线程的join方法
[2] 使用主线程的join方法
[3] 使用线程的wait方法
[4] 使用线程的线程池方法
[5] 使用线程的Condition(条件变量)方法
[6] 使用线程的CountDownLatch(倒计数)方法
[7] 使用线程的CyclicBarrier(回环栅栏)方法
[8] 使用线程的Semaphore(信号量)方法

二、实现

我们下面需要完成这样一个应用场景：

1.早上；2.测试人员、产品经理、开发人员陆续的来公司上班；3.产品经理规划新需求；4.开发人员开发新需求功能；5.测试人员测试新功能。

规划需求，开发需求新功能，测试新功能是一个有顺序的，我们把thread1看做产品经理，thread2看做开发人员，thread3看做测试人员。

— 1 —

使用线程的 join 方法

join():是Theard的方法，作用是调用线程需等待该join()线程执行完成后，才能继续用下运行。

应用场景:当一个线程必须等待另一个线程执行完毕才能执行时可以使用join方法。

public class ThreadJoinDemo {public static void main(String[] args) {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("产品经理规划新需求");}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {thread1.join();System.out.println("开发人员开发新需求功能");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {thread2.join();System.out.println("测试人员测试新功能");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});System.out.println("早上：");System.out.println("测试人员来上班了...");thread3.start();System.out.println("产品经理来上班了...");thread1.start();System.out.println("开发人员来上班了...");thread2.start();}
}

运行结果

早上：
测试人员来上班了…
产品经理来上班了…
开发人员来上班了…
产品经理规划新需求
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

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使用主线程的 join 方法

这里是在主线程中使用join()来实现对线程的阻塞。

public class ThreadMainJoinDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("产品经理正在规划新需求...");}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("开发人员开发新需求功能");}});final Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("测试人员测试新功能");}});System.out.println("早上:");System.out.println("产品经理来上班了");System.out.println("测试人员来上班了");System.out.println("开发人员来上班了");thread1.start();//在父进程调用子进程的join()方法后，父进程需要等待子进程运行完再继续运行。System.out.println("开发人员和测试人员休息会...");thread1.join();System.out.println("产品经理新需求规划完成!");thread2.start();System.out.println("测试人员休息会...");thread2.join();thread3.start();}
}

运行结果

产品经理来上班了
测试人员来上班了
开发人员来上班了
开发人员和测试人员休息会…
产品经理正在规划新需求…
产品经理新需求规划完成!
测试人员休息会…
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

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使用线程的 wait 方法

wait():是Object的方法，作用是让当前线程进入等待状态，同时，wait()也会让当前线程释放它所持有的锁。“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)

notify()和notifyAll():是Object的方法，作用则是唤醒当前对象上的等待线程；notify()是唤醒单个线程，而notifyAll()是唤醒所有的线程。

wait(long timeout):让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的notify()方法或 notifyAll() 方法，或者超过指定的时间量”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。

应用场景：Java实现生产者消费者的方式。

public class ThreadWaitDemo {private static Object myLock1 = new Object();private static Object myLock2 = new Object();/*** 为什么要加这两个标识状态?* 如果没有状态标识，当t1已经运行完了t2才运行，t2在等待t1唤醒导致t2永远处于等待状态*/private static Boolean t1Run = false;private static Boolean t2Run = false;public static void main(String[] args) {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (myLock1){System.out.println("产品经理规划新需求...");t1Run = true;myLock1.notify();}}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (myLock1){try {if(!t1Run){System.out.println("开发人员先休息会...");myLock1.wait();}synchronized (myLock2){System.out.println("开发人员开发新需求功能");myLock2.notify();}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}});Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {synchronized (myLock2){try {if(!t2Run){System.out.println("测试人员先休息会...");myLock2.wait();}System.out.println("测试人员测试新功能");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}});System.out.println("早上：");System.out.println("测试人员来上班了...");thread3.start();System.out.println("产品经理来上班了...");thread1.start();System.out.println("开发人员来上班了...");thread2.start();}
}

运行结果:这里输出会有很多种顺序，主要是因为线程进入的顺序，造成锁住线程的顺序不一致。

早上：
测试人员来上班了…
产品经理来上班了…
开发人员来上班了…
测试人员先休息会…
产品经理规划新需求…
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

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使用线程的线程池方法

JAVA通过Executors提供了四种线程池

单线程化线程池(newSingleThreadExecutor);
可控最大并发数线程池(newFixedThreadPool);
可回收缓存线程池(newCachedThreadPool);
支持定时与周期性任务的线程池(newScheduledThreadPool)。

单线程化线程池(newSingleThreadExecutor):优点，串行执行所有任务。

submit()：提交任务。

shutdown()：方法用来关闭线程池，拒绝新任务。

应用场景:串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

public class ThreadPoolDemo {static ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();public static void main(String[] args) throws Exception {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("产品经理规划新需求");}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("开发人员开发新需求功能");}});Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("测试人员测试新功能");}});System.out.println("早上：");System.out.println("产品经理来上班了");System.out.println("测试人员来上班了");System.out.println("开发人员来上班了");System.out.println("领导吩咐:");System.out.println("首先，产品经理规划新需求...");executorService.submit(thread1);System.out.println("然后，开发人员开发新需求功能...");executorService.submit(thread2);System.out.println("最后，测试人员测试新功能...");executorService.submit(thread3);executorService.shutdown();}
}

运行结果

早上：
产品经理来上班了
测试人员来上班了
开发人员来上班了
领导吩咐:
首先，产品经理规划新需求…
然后，开发人员开发新需求功能…
最后，测试人员测试新功能…
产品经理规划新需求
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

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使用线程的 Condition(条件变量) 方法

Condition（条件变量）:通常与一个锁关联。需要在多个Contidion中共享一个锁时，可以传递一个Lock/RLock实例给构造方法，否则它将自己生成一个RLock实例。

Condition中await()方法类似于Object类中的wait()方法。
Condition中await(long time,TimeUnit unit)方法类似于Object类中的wait(long time)方法。
Condition中signal()方法类似于Object类中的notify()方法。
Condition中signalAll()方法类似于Object类中的notifyAll()方法。

应用场景：Condition是一个多线程间协调通信的工具类，使得某个，或者某些线程一起等待某个条件（Condition）,只有当该条件具备( signal 或者 signalAll方法被调用)时，这些等待线程才会被唤醒，从而重新争夺锁。

public class ThreadConditionDemo {private static Lock lock = new ReentrantLock();private static Condition condition1 = lock.newCondition();private static Condition condition2 = lock.newCondition();/*** 为什么要加这两个标识状态?* 如果没有状态标识，当t1已经运行完了t2才运行，t2在等待t1唤醒导致t2永远处于等待状态*/private static Boolean t1Run = false;private static Boolean t2Run = false;public static void main(String[] args) {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {lock.lock();System.out.println("产品经理规划新需求");t1Run = true;condition1.signal();lock.unlock();}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {lock.lock();try {if(!t1Run){System.out.println("开发人员先休息会...");condition1.await();}System.out.println("开发人员开发新需求功能");t2Run = true;condition2.signal();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}lock.unlock();}});Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {lock.lock();try {if(!t2Run){System.out.println("测试人员先休息会...");condition2.await();}System.out.println("测试人员测试新功能");lock.unlock();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});System.out.println("早上：");System.out.println("测试人员来上班了...");thread3.start();System.out.println("产品经理来上班了...");thread1.start();System.out.println("开发人员来上班了...");thread2.start();}
}

运行结果:这里输出会有很多种顺序，主要是因为线程进入的顺序，造成锁住线程的顺序不一致

早上：
测试人员来上班了…
产品经理来上班了…
开发人员来上班了…
测试人员先休息会…
产品经理规划新需求
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

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使用线程的 CuDownLatch(倒计数) 方法

CountDownLatch:位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。

应用场景:比如有一个任务C，它要等待其他任务A,B执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

public class ThreadCountDownLatchDemo {/*** 用于判断线程一是否执行，倒计时设置为1，执行后减1*/private static CountDownLatch c1 = new CountDownLatch(1);/*** 用于判断线程二是否执行，倒计时设置为1，执行后减1*/private static CountDownLatch c2 = new CountDownLatch(1);public static void main(String[] args) {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("产品经理规划新需求");//对c1倒计时-1c1.countDown();}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//等待c1倒计时，计时为0则往下运行c1.await();System.out.println("开发人员开发新需求功能");//对c2倒计时-1c2.countDown();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//等待c2倒计时，计时为0则往下运行c2.await();System.out.println("测试人员测试新功能");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});System.out.println("早上：");System.out.println("测试人员来上班了...");thread3.start();System.out.println("产品经理来上班了...");thread1.start();System.out.println("开发人员来上班了...");thread2.start();}
}

运行结果

早上：
测试人员来上班了…
产品经理来上班了…
开发人员来上班了…
产品经理规划新需求
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

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使用 CyclicBarrier (回环栅栏)实现线程按顺序执行

CyclicBarrier(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。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了。

应用场景:公司组织春游,等待所有的员工到达集合地点才能出发，每个人到达后进入barrier状态。都到达后，唤起大家一起出发去旅行。

public class CyclicBarrierDemo {static CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(2);static CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(2);public static void main(String[] args) {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {System.out.println("产品经理规划新需求");//放开栅栏1barrier1.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//放开栅栏1barrier1.await();System.out.println("开发人员开发新需求功能");//放开栅栏2barrier2.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}});final Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//放开栅栏2barrier2.await();System.out.println("测试人员测试新功能");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}});System.out.println("早上：");System.out.println("测试人员来上班了...");thread3.start();System.out.println("产品经理来上班了...");thread1.start();System.out.println("开发人员来上班了...");thread2.start();}
}

运行结果

早上：
测试人员来上班了…
产品经理来上班了…
开发人员来上班了…
产品经理规划新需求
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

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使用线程的 Sephmore(信号量) 实现线程按顺序执行

Sephmore(信号量):Semaphore是一个计数信号量,从概念上将，Semaphore包含一组许可证,如果有需要的话，每个acquire()方法都会阻塞，直到获取一个可用的许可证,每个release()方法都会释放持有许可证的线程，并且归还Semaphore一个可用的许可证。然而，实际上并没有真实的许可证对象供线程使用，Semaphore只是对可用的数量进行管理维护。

acquire():当前线程尝试去阻塞的获取1个许可证,此过程是阻塞的,当前线程获取了1个可用的许可证，则会停止等待，继续执行。

release():当前线程释放1个可用的许可证。

应用场景:Semaphore可以用来做流量分流，特别是对公共资源有限的场景，比如数据库连接。假设有这个的需求，读取几万个文件的数据到数据库中，由于文件读取是IO密集型任务，可以启动几十个线程并发读取，但是数据库连接数只有10个，这时就必须控制最多只有10个线程能够拿到数据库连接进行操作。这个时候，就可以使用Semaphore做流量控制。

public class SemaphoreDemo {private static Semaphore semaphore1 = new Semaphore(1);private static Semaphore semaphore2 = new Semaphore(1);public static void main(String[] args) {final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("产品经理规划新需求");semaphore1.release();}});final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {semaphore1.acquire();System.out.println("开发人员开发新需求功能");semaphore2.release();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {semaphore2.acquire();thread2.join();semaphore2.release();System.out.println("测试人员测试新功能");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});System.out.println("早上：");System.out.println("测试人员来上班了...");thread3.start();System.out.println("产品经理来上班了...");thread1.start();System.out.println("开发人员来上班了...");thread2.start();}
}

运行结果

早上：
测试人员来上班了…
产品经理来上班了…
开发人员来上班了…
产品经理规划新需求
开发人员开发新需求功能
测试人员测试新功能

三、总结

看完了这么多种方法，是不是对多线程有了更深入的了解呢?不妨自己试试吧(代码拷贝均可运行)

使用的场景还有很多，根据开发需求场景，选择合适的方法，达到事半功倍的效果。