Java如何等待子线程执行结束

工作中往往会遇到异步去执行某段逻辑, 然后先处理其他事情, 处理完后再把那段逻辑的处理结果进行汇总的产景, 这时候就需要使用线程了.

一个线程启动之后, 是异步的去执行需要执行的内容的, 不会影响主线程的流程,  往往需要让主线程指定后, 等待子线程的完成. 这里有几种方式.

站在 主线程的角度, 我们可以分为主动式和被动式.

主动式指主线主动去检测某个标志位, 判断子线程是否已经完成. 被动式指主线程被动的等待子线程的结束, 很明显, 比较符合人们的胃口. 就是你事情做完了, 你告诉我, 我汇总一下, 哈哈.

那么主线程如何等待子线程工作完成呢. 很简单, Thread 类给我们提供了join 系列的方法, 这些方法的目的就是等待当前线程的die. 举个例子:

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</div> public class Threads {   public static void main(String[] args) { SubThread thread = new SubThread(); thread.start(); //主线程处理其他工作,让子线程异步去执行. mainThreadOtherWork(); System.out.println("now waiting sub thread done."); //主线程其他工作完毕,等待子线程的结束, 调用join系列的方法即可(可以设置超时时间) try { thread.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("now all done."); }   private static void mainThreadOtherWork() { System.out.println("main thread work start"); try { Thread.sleep(3000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("main thread work done."); }   public static class SubThread extends Thread{ @Override public void run() { working(); }   private void working() { System.out.println("sub thread start working."); busy(); System.out.println("sub thread stop working."); }   private void busy() { try { sleep(5000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }   } }

本程序的数据有可能是如下:

1. main
   thread work start
2. sub
   thread start working.
3. main
   thread work done.
4. now
   waiting sub thread done.
5. sub
   thread stop working.
6. now
   all done.

忽略标号, 当然输出也有可能是1和2调换位置了. 这个我们是无法控制的. 我们看下线程的join操作, 究竟干了什么.

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public final void join() throws InterruptedException { join(0); }

这里是调用了

public final synchronized void join(long millis) 

方法, 参数为0, 表示没有超时时间, 等到线程结束为止. join(millis)方法里面有这么一段代码:

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while (isAlive()) { wait(0); }

说明, 当线程处于活跃状态的时候, 会一直等待, 直到这里的isAlive方法返回false, 才会结束.isAlive方法是一个本地方法, 他的作用是判断线程是否已经执行结束. 注释是这么写的: 

Tests if this thread is alive. A thread is alive if it has been started and has not yet died.

可见, join系列方法可以帮助我们等待一个子线程的结束.

那么要问, 有没有另外一种方法可以等待子线程结束? 当然有的, 我们可以使用并发包下面的Future模式.

Future是一个任务执行的结果, 他是一个将来时, 即一个任务执行, 立即异步返回一个Future对象, 等到任务结束的时候, 会把值返回给这个future对象里面. 我们可以使用ExecutorService接口来提交一个线程.

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public class Threads {   static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);   @SuppressWarnings("rawtypes") public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { SubThread thread = new SubThread(); // thread.start(); Future future = executorService.submit(thread); mainThreadOtherWork(); System.out.println("now waiting sub thread done."); future.get(); // try { // thread.join(); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } System.out.println("now all done."); executorService.shutdown(); }   private static void mainThreadOtherWork() { System.out.println("main thread work start"); try { Thread.sleep(3000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("main thread work done."); }   public static class SubThread extends Thread{ @Override public void run() { working(); }   private void working() { System.out.println("sub thread start working."); busy(); System.out.println("sub thread stop working."); }   private void busy() { try { sleep(5000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }   }   }

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.

通过队列来控制线程的进度,
是很好的一个理念. 我们完全可以自己搞个队列, 自己控制. 这样也可以实现. 不信看代码:

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public class Threads {   // static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1); static final BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1); public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { SubThread thread = new SubThread(queue); thread.start(); // Future future = executorService.submit(thread); mainThreadOtherWork(); System.out.println("now waiting sub thread done."); // future.get(); queue.take(); // try { // thread.join(); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } System.out.println("now all done."); // executorService.shutdown(); }   private static void mainThreadOtherWork() { System.out.println("main thread work start"); try { Thread.sleep(3000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("main thread work done."); }   public static class SubThread extends Thread{   private BlockingQueue queue;   /** * @param queue */ public SubThread(BlockingQueue queue) { this.queue = queue; }   @Override public void run() { try{ working(); }finally{ try { queue.put(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }   }   private void working() { System.out.println("sub thread start working."); busy(); System.out.println("sub thread stop working."); }   private void busy() { try { sleep(5000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }   }   }

这里是得益于我们用了一个阻塞队列, 他的put操作和take操作都会阻塞(同步), 在满足条件的情况下.当我们调用take()方法时, 由于子线程还没结束, 队列是空的, 所以这里的take操作会阻塞,
直到子线程结束的时候, 往队列里面put了个元素, 表明自己结束了. 这时候主线程的take()就会返回他拿到的数据. 当然, 他拿到什么我们是不必去关心的.

以上几种情况都是针对子线程只有1个的时候. 当子线程有多个的时候, 情况就不妙了.

第一种方法, 你要调用很多个线程的join, 特别是当你的线程不是for循环创建的, 而是一个一个创建的时候.

第二种方法, 要调用很多的future的get方法, 同第一种方法.

第三种方法, 比较方便一些, 只需要每个线程都在queue里面 put一个元素就好了.但是, 第三种方法, 这个队列里的对象, 对我们是毫无用处, 我们为了使用队列, 而要不明不白浪费一些内存, 那有没有更好的办法呢?

有的, concurrency包里面提供了好多有用的东东, 其中, CountDownLanch就是我们要用的.

CountDownLanch 是一个倒数计数器, 给一个初始值(>=0), 然后每countDown一次就会减1, 这很符合等待多个子线程结束的场景: 一个线程结束的时候, countDown一次, 直到所有都countDown了 , 那么所有子线程就都结束了.

先看看CountDownLanch有哪些方法:

await: 会阻塞等待计数器减少到0位置. 带参数的await是多了等待时间.

countDown: 将当前的技术减1

getCount(): 返回当前的计数

显而易见, 我们只需要在子线程执行之前, 赋予初始化countDownLanch, 并赋予线程数量为初始值.

每个线程执行完毕的时候, 就countDown一下.主线程只需要调用await方法, 可以等待所有子线程执行结束, 看代码:

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public class Threads {   // static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1); static final BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1); public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { int threads = 5; CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threads); for(int i=0;i<threads;i++){ SubThread thread = new SubThread(2000*(i+1), countDownLatch); thread.start(); } // Future future = executorService.submit(thread); mainThreadOtherWork(); System.out.println("now waiting sub thread done."); // future.get(); // queue.take(); countDownLatch.await(); // try { // thread.join(); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } System.out.println("now all done."); // executorService.shutdown(); }   private static void mainThreadOtherWork() { System.out.println("main thread work start"); try { Thread.sleep(3000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("main thread work done."); }   public static class SubThread extends Thread{   // private BlockingQueue queue; private CountDownLatch countDownLatch; private long work;   /** * @param queue */ // public SubThread(BlockingQueue queue) { // this.queue = queue; // this.work = 5000L; // }   public SubThread(long work, CountDownLatch countDownLatch) { // this.queue = queue; this.countDownLatch = countDownLatch; this.work = work; }   @Override public void run() { try{ working(); }finally{ // try { // queue.put(1); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } countDownLatch.countDown(); }   }   private void working() { System.out.println(getName()+" sub thread start working."); busy(); System.out.println(getName()+" sub thread stop working."); }   private void busy() { try { sleep(work); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }   } }

此种方法也适用于使用 ExecutorService summit 的任务的执行.

另外还有一个并发包的类CyclicBarrier, 这个是(子)线程之间的互相等待的利器. 栅栏, 就是把大家都在一个地方堵住, 就像水闸, 等大家都完成了之前的操作, 在一起继续下面的操作. 不过就不再本篇的讨论范围内了.