总结：实现线程同步的八种方式
前言：
在多线程中线程的执行顺序是依靠哪个线程先获得到CUP的执行权谁就先执行，虽然说可以通过线程的优先权进行设置，但是他只是获取CUP执行权的概率高点，但是也不一定必须先执行。在这种情况下如何保证线程按照一定的顺序进行执行，今天就来一个大总结，分别介绍一下几种方式。
一、通过Object的wait和notify
二、通过Condition的awiat和signal
三、通过一个阻塞队列
四、通过两个阻塞队列
五、通过SynchronousQueue
六、通过线程池的Callback回调
七、通过同步辅助类CountDownLatch
八、通过同步辅助类CyclicBarrier
一、通过Object的wait和notify
写一个测试了Test，加上main方法，在写一个内部类Man进行测试。main方法如下，他进行创建两个线程，传进去Runnable对象。
public static boolean flag = false;
public static int num = 0;
public static void main(String[] args) {
Man man = new Man();
new Thread(() -> {
man.getRunnable1();
}).start();
new Thread(() -> {
man.getRunnable2();
}).start();
}
getRunnable1和getRunnable2分别表示两个需要执行的任务，在两个线程中进行，方法1用于数据的生产，方法二用于数据的获取，数据的初始值为num = 0，为了保证生产和获取平衡需要使用wait和notify方法，这两个方法的使用必须是要加锁的，因此使用synchronized进行加锁使用，为了演示这个效果，我们加上一个sleep方法模拟处理时间，如下：
public static class Man {
public synchronized void getRunnable1() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
while (flag) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("生产出：" + (++num) + "个");
flag = true;
notify();
}
}
public synchronized void getRunnable2() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
while (!flag) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//模拟加载时间
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("取出出：" + (num--) + "个");
System.out.println("------------------");
flag = false;
notify();
}
}
}
分析它的加载流程，从方法1进行分析，由于flag的初始条件为false，所以方法1不进入等待，直接进行生产，生产完成成之后，更新flag的值为true，同时notify下一个方法2的wait方法，使其变为唤醒状态。这时候由于方法1加锁了，无法执行方法1其他部分，当方法1执行完毕，方法1才有可能执行，但是方法1的flag已经为true，进入到wait里面又处于阻塞状态，所以这时候只能执行方法2了。由于方法2被唤醒了，阻塞解除，接下来就获取数据，当获取完毕又再次让flag变为false，notify方法1解除阻塞，再次执行方法1，就这样不断的循环，保证了不同线程的有序执行，直到程序终止。
运行效果如下：
二、通过Condition的awiat和signal
上面第一个的实现是一个阻塞，一个等待的方式保证线程有序的执行，但是不能进行两个线程之间进行通信，而接下来介绍的Condition就具备这样的功能。要获取Condition对象首先先得获取Lock对象，他是在jdk1.5之后增加的，比synchronized性能更好的一种锁机制。和上面的类似，拷贝一份代码，看看main方法：
public static boolean flag = false;
public static int num = 0;
public static void main(String[] args) {
Man man = new Man();
new Thread(() -> {
man.getRunnable1();
}).start();
new Thread(() -> {
man.getRunnable2();
}).start();
}
情况和第一个实现方法分析一致，这里不重复了。主要看内部类Man中的方法1和方法2。先手创建锁对象，把synchronized改为使用Lock加锁，其次通过Lock创建Condition对象，替换掉Object类的wait方法为Condition的await方法，最后换掉notify方法为signal方法即可，执行原理和上面分析一致，代码如下：
public static class Man {
public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static Condition condition = lock.newCondition();
public void getRunnable1() {
lock.lock();
try {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
while (flag) {
try {
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("生产出：" + (++num) + "个");
flag = true;
condition.signal();
}
} finally {
lock.lock();
}
}
public void getRunnable2() {
lock.lock();
try {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
while (!flag) {
try {
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("取出出：" + (num--) + "个");
System.out.println("------------------");
flag = false;
condition.signal();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
执行结果如下：
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三、通过一个阻塞队列
上面的两个方法实现起来代码比较繁琐，如果通过阻塞队列来实现会更加简洁，这里采用常用的容量为64的ArrayBlockingQueue来实现。main方法如下：
public static void main(String[] args) {
Man man = new Man();
new Thread(() -> {
man.getRunnable1();
}).start();
new Thread(() -> {
man.getRunnable2();
}).start();
}
主要来看Man中的方法1和方法2，方法1中生产数据，这里把生产的数据存进队列里面，同时方法2进行取数据，如果方法1放满了或者方法2取完了就会被阻塞住，等待方法1生产好了或者方法2取出了，然后再进行。代码如下：
public static class Man {
ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(64);
public void getRunnable1() {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
System.out.println("生产出：" + i + "个");
try {
queue.put(i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("---------------生产完毕-----------------");
}
public void getRunnable2() {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
try {
int num = (int) queue.take();
System.out.println("取出出：" + num);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
很明显使用阻塞队列代码精炼了很多，在这还可以发现这个阻塞队列是具有缓存功能的，想很多Android中网络访问框架内部就是使用这个进行缓存的，例如Volley、Okhttp等等。
运行效果如下：
四、通过两个阻塞队列
使用一个阻塞队列能够实现线程同步的功能，两个阻塞队列也可以实现线程同步。原理是ArrayBlockingQueue他是具有容量的，如果把他的容量定位1则意味着他只能放进去一个元素，第二个方进行就会就会被阻塞。按照这个原理进行来实现，定义两个容量为1的阻塞队列ArrayBlockingQueue，一个存放数据，另一个用于控制次序。main方法和上面一致，主要来看看Man类中的两个方法：
static class Man {
//数据的存放
ArrayBlockingQueue queue1 = new ArrayBlockingQueue<Integer>(1);
//用于控制程序的执行
ArrayBlockingQueue queue2 = new ArrayBlockingQueue<Integer>(1);
{
try {
//queue2放进去一个元素，getRunnable2阻塞
queue2.put(22222);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void getRunnable1() {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 20; j++) {
try {
//queue1放进一个元素，getRunnable1阻塞
queue1.put(j);
System.out.println("存放 线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "-数据为-" + j);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
//queue2取出元素，getRunnable2进入
queue2.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
public void getRunnable2() {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 20; j++) {
try {
//queue2放进一个元素，getRunnable2阻塞
queue2.put(22222);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
//queue1放进一个元素，getRunnable1进入
int i = (int) queue1.take();
System.out.println("获取 线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "-数据为-" + i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
再次提醒queue2用于控制程序的执行次序，并无实际含义。最后看看运行效果，存一个、取一个很清晰，如下：
五、通过SynchronousQueue
SynchronousQueue不同于一般的数据等线程，而是线程等待数据，他是一个没有数据缓冲的BlockingQueue，生产者线程对其的插入操作put必须等待消费者的移除操作take，反过来也一样。通过这一特性来实现一个多线程同步问题的解决方案，代码如下：
/**
* 使用阻塞队列SynchronousQueue
* offer将数据插入队尾
* take取出数据，如果没有则阻塞，直到有数据在获取到
*/
public static void test() {
SynchronousQueue queue = new SynchronousQueue();
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
executorService.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(5000);
queue.offer(9);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
try {
int take = (int) queue.take();
System.out.println(take);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
子线程中进行设置数据，而主线程获取数据，如果子线程没执行完毕，子线程没有执行完毕主线程就会被阻塞住不能执行下一步。
六、通过线程池的Callback回调
在线程的创建中，有一种创建方法可以返回线程结果，就是callback，他能返回线程的执行结果，通过子线程返回的结果进而在主线程中进行操作，也是一种同步方法，这种同步在Android中特别适用，例如Android中的AsyncTask源码中任务的创建部分。代码如下：
private static void test() {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
Future<Boolean> submit = executorService.submit(new Callable<Boolean>() {
@Override
public Boolean call() throws Exception {
return false;
}
});
try {
if (submit.get()) {
System.out.println(true);
} else {
System.out.println(false);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
七、通过同步辅助类CountDownLatch
CountDownLatch是一个同步的辅助类，允许一个或多个线程，等待其他一组线程完成操作，再继续执行。他类实际上是使用计数器的方式去控制的，在创建的时候传入一个int数值每当我们调用countDownt()方法的时候就使得这个变量的值减1，而对于await()方法则去判断这个int的变量的值是否为0，是则表示所有的操作都已经完成，否则继续等待。可以理解成倒计时锁。
public class Test7 {
public static void main(String[] args) {
//启动两个线程，分别执行完毕之后再执行主线程
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
//线程1执行
Thread thread1 = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行完毕");
countDownLatch.countDown();
});
//线程2执行
Thread thread2 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行完毕");
countDownLatch.countDown();
});
thread1.start();
thread2.start();
try {
countDownLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//执行主线程
System.out.println("主线程执行完毕");
}
}
结果如下：
八、通过同步辅助类CyclicBarrier
CyclicBarrier是一个同步的辅助类，和上面的CountDownLatch比较类似，不同的是他允许一组线程相互之间等待，达到一个共同点，再继续执行。可看成是个障碍，所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。
public class Test8 {
public static void main(String[] args) {
//启动两个线程，分别执行完毕之后再执行主线程
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2, () -> {
//执行主线程
System.out.println("主线程执行完毕");
});
//线程1执行
Thread thread1 = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行完毕");
try {
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//线程2执行
Thread thread2 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行完毕");
try {
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
});
thread1.start();
thread2.start();
}
}
运行结果：
