一道百度java面试题的多种解法

下面是我在2018年10月11日二面百度的时候的一个问题：

java程序，主进程需要等待多个子进程结束之后再执行后续的代码，有哪些方案可以实现？

这个需求其实我们在工作中经常会用到，比如用户下单一个产品，后台会做一系列的处理，为了提高效率，每个处理都可以用一个线程来执行，所有处理完成了之后才会返回给用户下单成功，欢迎大家批评指正：

1.join方法

使用Thread的join()等待所有的子线程执行完毕，主线程在执行，thread.join()把指定的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。比如在线程B中调用了线程A的join()方法，直到线程A执行完毕后，才会继续执行线程B。

示例：

import java.util.Vector;  2 
public class Test {  4     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  5         Vector<Thread> vector = new Vector<>();  6         for(int i=0;i<5;i++) {  7             Thread childThread= new Thread(new Runnable() {  8 
 @Override 10                 public void run() { 11                     // TODO Auto-generated method stub
                    try { 13                         Thread.sleep(1000); 14                     } catch (InterruptedException e) { 15                         // TODO Auto-generated catch block
 e.printStackTrace(); 17  } 18                     System.out.println("子线程被执行"); 19  } 20                 
 }); 22  vector.add(childThread); 23  childThread.start(); 24  } 25         for(Thread thread : vector) { 26  thread.join(); 27  } 28         System.out.println("主线程被执行"); 29     }

执行结果：

子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
主线程被执行

2.等待多线程完成的CountDownLatch

CountDownLatch的概念

CountDownLatch是一个同步工具类，用来协调多个线程之间的同步，或者说起到线程之间的通信（而不是用作互斥的作用）。

CountDownLatch能够使一个线程在等待另外一些线程完成各自工作之后，再继续执行。使用一个计数器进行实现。计数器初始值为线程的数量。当每一个线程完成自己任务后，计数器的值就会减一。当计数器的值为0时，表示所有的线程都已经完成了任务，然后在CountDownLatch上等待的线程就可以恢复执行任务。
CountDownLatch的用法

CountDownLatch典型用法1：某一线程在开始运行前等待n个线程执行完毕。将CountDownLatch的计数器初始化为n new CountDownLatch(n) ，每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减1 countdownlatch.countDown()，当计数器的值变为0时，在CountDownLatch上 await() 的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

CountDownLatch典型用法2：实现多个线程开始执行任务的最大并行性。注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的CountDownLatch(1)，将其计数器初始化为1，多个线程在开始执行任务前首先 coundownlatch.await()，当主线程调用 countDown() 时，计数器变为0，多个线程同时被唤醒。
CountDownLatch的不足

CountDownLatch是一次性的，计数器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当CountDownLatch使用完毕后，它不能再次被使用。

import java.util.Vector;  2 import java.util.concurrent.CountDownLatch;  3 
public class Test2 {  5     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  6         final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);  7         for(int i=0;i<5;i++) {  8             Thread childThread= new Thread(new Runnable() {  9 
 @Override 11                 public void run() { 12                     // TODO Auto-generated method stub
                    try { 14                         Thread.sleep(1000); 15                     } catch (InterruptedException e) { 16                         // TODO Auto-generated catch block
 e.printStackTrace(); 18  } 19                     System.out.println("子线程被执行"); 20  latch.countDown(); 21  } 22                 
 }); 24             
 childThread.start(); 26             
 } 28         latch.await();//阻塞当前线程直到latch中的值
        System.out.println("主线程被执行"); 30  } 31     
}

执行结果：

子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
主线程被执行

3.同步屏障CyclicBarrier

这里必须注意，CylicBarrier是控制一组线程的同步，初始化的参数：5的含义是包括主线程在内有5个线程，所以只能有四个子线程，这与CountDownLatch是不一样的。

countDownLatch和cyclicBarrier有什么区别呢，他们的区别：countDownLatch只能使用一次，而CyclicBarrier方法可以使用reset()方法重置，所以CyclicBarrier方法可以能处理更为复杂的业务场景。

我曾经在网上看到一个关于countDownLatch和cyclicBarrier的形象比喻，就是在百米赛跑的比赛中若使用 countDownLatch的话冲过终点线一个人就给评委发送一个人的成绩，10个人比赛发送10次，如果用CyclicBarrier，则只在最后一个人冲过终点线的时候发送所有人的数据，仅仅发送一次，这就是区别。

package interview;  2 
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;  4 import java.util.concurrent.CyclicBarrier;  5 
public class Test3 {  7     public static void main(String[] args) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {  8         final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);  9         for(int i=0;i<4;i++) { 10             Thread childThread= new Thread(new Runnable() { 11 
 @Override 13                 public void run() { 14                     // TODO Auto-generated method stub
                    try { 16                         Thread.sleep(1000); 17                     } catch (InterruptedException e) { 18                         // TODO Auto-generated catch block
 e.printStackTrace(); 20  } 21                     System.out.println("子线程被执行"); 22                     try { 23  barrier.await(); 24                     } catch (InterruptedException e) { 25                         // TODO Auto-generated catch block
 e.printStackTrace(); 27                     } catch (BrokenBarrierException e) { 28                         // TODO Auto-generated catch block
 e.printStackTrace(); 30  } 31  } 32                 
 }); 34             
 childThread.start(); 36             
 } 38         barrier.await();//阻塞当前线程直到latch中的值
        System.out.println("主线程被执行"); 40  } 41 }

执行结果：

子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
子线程被执行
主线程被执行

4.使用yield方法（注意此种方法经过亲自试验证明并不可靠！）

public class Test4 {  2     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  3         for(int i=0;i<5;i++) {  4             Thread childThread= new Thread(new Runnable() {  5 
 @Override  7                 public void run() {  8                     // TODO Auto-generated method stub
                    try { 10                         Thread.sleep(1000); 11                     } catch (InterruptedException e) { 12                         // TODO Auto-generated catch block
 e.printStackTrace(); 14  } 15                     System.out.println("子线程被执行"); 16                     
 } 18                 
 }); 20             
 childThread.start(); 22             
 } 24         while (Thread.activeCount() > 2) {  //保证前面的线程都执行完
 Thread.yield(); 26  } 27         System.out.println("主线程被执行"); 28  } 29 }

执行结果：

子线程被执行 2 子线程被执行 3 子线程被执行 4 子线程被执行 5 主线程被执行 6 子线程被执行

为何yield方法会出现这样的问题？

使当前线程从执行状态（运行状态）变为可执行态（就绪状态）。cpu会从众多的可执行态里选择，也就是说，当前也就是刚刚的那个线程还是有可能会被再次执行到的，并不是说一定会执行其他线程而该线程在下一次中不会执行到了。

Java线程中有一个Thread.yield( )方法，很多人翻译成线程让步。顾名思义，就是说当一个线程使用了这个方法之后，它就会把自己CPU执行的时间让掉，让自己或者其它的线程运行。

打个比方：现在有很多人在排队上厕所，好不容易轮到这个人上厕所了，突然这个人说：“我要和大家来个竞赛，看谁先抢到厕所！”，然后所有的人在同一起跑线冲向厕所，有可能是别人抢到了，也有可能他自己有抢到了。我们还知道线程有个优先级的问题，那么手里有优先权的这些人就一定能抢到厕所的位置吗? 不一定的，他们只是概率上大些，也有可能没特权的抢到了。

yield的本质是把当前线程重新置入抢CPU时间的”队列”(队列只是说所有线程都在一个起跑线上.并非真正意义上的队列)。

5.FutureTast可用于闭锁，类似于CountDownLatch的作用

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class Test5 {
     public static void main(String[] args) {
        MyThread td = new MyThread();
          
        //1.执行 Callable 方式，需要 FutureTask 实现类的支持，用于接收运算结果。
        FutureTask<Integer> result1 = new FutureTask<>(td);
        new Thread(result1).start();
        FutureTask<Integer> result2 = new FutureTask<>(td);
        new Thread(result2).start();
        FutureTask<Integer> result3 = new FutureTask<>(td);
        new Thread(result3).start();
          
        Integer sum;
        try {
                sum = result1.get();
                sum = result2.get();
                sum = result3.get();
                //这里获取三个sum值只是为了同步，并没有实际意义
                System.out.println(sum);
        } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
        }  //FutureTask 可用于 闭锁 类似于CountDownLatch的作用，在所有的线程没有执行完成之后这里是不会执行的
            
        System.out.println("主线程被执行");
           
        }
     
    }
     
    class MyThread implements Callable<Integer> {
     
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            int sum = 0;
            Thread.sleep(1000);
            for (int i = 0; i <= 10; i++) {
                sum += i;
            }
            System.out.println("子线程被执行");
            return sum;
        }
}

 6.使用callable+future

Callable+Future最终也是以Callable+FutureTask的形式实现的。
在这种方式中调用了： Future future = executor.submit(task);

 

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); 
        Task task = new Task(); 
        Future<Integer> future1 = executor.submit(task); 
        Future<Integer> future2 = executor.submit(task);
        //获取线程执行结果，用来同步
        Integer result1 = future1.get();
        Integer result2 = future2.get();
        
        System.out.println("主线程执行");
        executor.shutdown();
        } 
}
class Task implements Callable<Integer>{ 
        @Override public Integer call() throws Exception { 
            int sum = 0; 
            //do something; 
            System.out.println("子线程被执行");
            return sum; 
            }
}

执行结果：

子线程被执行
子线程被执行
主线程执行

 

 

补充：

1）CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待，只不过它们侧重点不同：

CountDownLatch一般用于某个线程A等待若干个其他线程执行完任务之后，它才执行；

而CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行；

另外，CountDownLatch是不能够重用的，而CyclicBarrier是可以重用的。

2）Semaphore其实和锁有点类似，它一般用于控制对某组资源的访问权限。

 

CountDownLatch类实际上是使用计数器的方式去控制的，不难想象当我们初始化CountDownLatch的时候传入了一个int变量这个时候在类的内部初始化一个int的变量，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。
实际上如果了解AQS的话应该很容易想到可以使用AQS的共享式获取同步状态的方式来完成这个功能。而CountDownLatch实际上也就是这么做的。

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参考文献：

https://blog.csdn.net/u011277123/article/details/54015755/
https://blog.csdn.net/joenqc/article/details/76794356

https://blog.csdn.net/weixin_38553453/article/details/72921797

https://blog.csdn.net/LightOfMiracle/article/details/73456832

https://www.cnblogs.com/baizhanshi/p/6425209.html