多线程001 - 主线程等待子线程结束

在很多时候，我们期望实现这么一种功能：在主线程中启动一些子线程，等待所有子线程执行结束后，主线程再继续执行。比如：老板分配任务，众多工人开始工作，等所有工人完成工作后，老板进行检查。

解决方法分析：

主线程通过join等待所有子线程完成后，继续执行；
主线程知道子线程的数量、未完成子线程数量，主线程等待所有子线程完成后，才继续执行。

通过join实现

第一种方式，可以直接调用Java API中关于线程的join方法等待该线程终止，可以直接实现。

每个工人都是一个线程，其run方法是工作的实现，每个工人通过名字进行区分，具体代码如下：

package howe.demo.thread.join;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014年9月12日
*/
public class Worker extends Thread {
private String workerName;

public Worker(String workerName) {
this.workerName = workerName;
}

/**
* @see java.lang.Thread#run()
*/
@Override
public void run() {
System.out.println(this.workerName + "正在干活...");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(this.workerName + "活干完了！");
}

public String getWorkerName() {
return workerName;
}
}

老板招收工人，然后安排工人工作，之后等待工人工作完，检查工人的工作成果（资本家啊。。。），具体代码如下：

package howe.demo.thread.join;

import java.util.List;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014年9月12日
*/
public class Boss {
private List<Worker> workers;

public Boss(List<Worker> workers) {
System.out.println("老板招收工人。");
this.workers = workers;
}

public void work() {
System.out.println("老板开始安排工人工作...");
for (Worker worker : workers) {
System.out.println("老板安排" + worker.getWorkerName() + "的工作");
worker.start();
}
System.out.println("老板安排工作结束...");

System.out.println("老板正在等所有的工人干完活......");
for (Worker w : workers) {
try {
w.join();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
System.out.println("工人活都干完了，老板开始检查了！");
}
}

现在写main方法进行测试：

package howe.demo.thread.join;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014年9月12日
*/
public class JoinDemo {
public static void main(String[] args) {
Worker w1 = new Worker("张三");
Worker w2 = new Worker("李四");
Worker w3 = new Worker("王五");

List<Worker> workers = new ArrayList<Worker>();
workers.add(w1);
workers.add(w2);
workers.add(w3);

Boss boss = new Boss(workers);
boss.work();

System.out.println("main方法结束");
}
}

执行结果为：

老板招收工人。
老板开始安排工人工作...
老板安排张三的工作
老板安排李四的工作
张三正在干活...
老板安排王五的工作
李四正在干活...
老板安排工作结束...
老板正在等所有的工人干完活......
王五正在干活...
王五活干完了！
张三活干完了！
李四活干完了！
工人活都干完了，老板开始检查了！
main方法结束

通过计数器实现

第二种方式可以自己实现一种计数器，用于统计子线程总数、未完成线程数，当未完成线程数大约0，主线程等待；当未完成线程数等于0，主线程继续执行。

当然，既然我们现在想到这种方式，Java API的团队当然也会想到，JDK 1.5提供了CountDownLatch用于实现上述方法。

于是对上述的工人方法进行修改：

package howe.demo.thread.cdl;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014-9-12
*/
public class Worker extends Thread {
private CountDownLatch downLatch;
private String workerName;

public Worker(CountDownLatch downLatch, String workerName) {
this.downLatch = downLatch;
this.workerName = workerName;
}

public void run() {
System.out.println(this.workerName + "正在干活...");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
} catch (InterruptedException ie) {
}
System.out.println(this.workerName + "活干完了！");
this.downLatch.countDown();
}

public String getWorkerName() {
return workerName;
}
}

latch.countDown()，是用于在子线程执行结束后计数器减一，即未完成子线程数减一。

老板类也得做出相应的修改：

package howe.demo.thread.cdl;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014-9-12
*/
public class Boss {
private List<Worker> workers;
private CountDownLatch downLatch;

public Boss(List<Worker> workers, CountDownLatch downLatch) {
this.workers = workers;
this.downLatch = downLatch;
}

public void work() {
System.out.println("老板开始安排工人工作...");
for (Worker worker : workers) {
System.out.println("老板安排" + worker.getWorkerName() + "的工作");
worker.start();
}
System.out.println("老板安排工作结束...");

System.out.println("老板正在等所有的工人干完活......");
try {
this.downLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("工人活都干完了，老板开始检查了！");
}

}

latch.await()，是等待子线程结束。

编写main方法进行验证：

package howe.demo.thread.cdl;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014年9月15日
*/
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

Worker w1 = new Worker(latch, "张三");
Worker w2 = new Worker(latch, "李四");
Worker w3 = new Worker(latch, "王五");

List<Worker> workers = new ArrayList<Worker>();
workers.add(w1);
workers.add(w2);
workers.add(w3);

Boss boss = new Boss(workers, latch);

boss.work();

System.out.println("main方法结束");
}
}

执行结果为：

老板开始安排工人工作...
老板安排张三的工作
老板安排李四的工作
张三正在干活...
老板安排王五的工作
李四正在干活...
老板安排工作结束...
老板正在等所有的工人干完活......
王五正在干活...
王五活干完了！
李四活干完了！
张三活干完了！
工人活都干完了，老板开始检查了！
main方法结束

使用循环栅栏CyclicBarrier实现

还有一种实现，这种方式不会阻塞主线程，但是会监听所有子线程结束。此处在上述的工人老板的场景中使用的话，代码如下：

工人类：

package howe.demo.thread.cyclicbarrier;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014年9月12日
*/
public class Worker extends Thread {
private String workerName;
private CyclicBarrier barrier;

public Worker(String workerName, CyclicBarrier barrier) {
this.workerName = workerName;
this.barrier = barrier;
}

@Override
public void run() {
System.out.println(this.workerName + "正在干活...");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(this.workerName + "活干完了！");

try {
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}

public String getWorkerName() {
return workerName;
}
}

老板类：

package howe.demo.thread.cyclicbarrier;

import java.util.List;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014-9-12
*/
public class Boss {
private List<Worker> workers;

public Boss(List<Worker> workers) {
this.workers = workers;
}

public void work() {
System.out.println("老板开始安排工人工作...");
for (Worker worker : workers) {
System.out.println("老板安排" + worker.getWorkerName() + "的工作");
worker.start();
}
System.out.println("老板安排工作结束...");

System.out.println("老板正在等所有的工人干完活......");
}

}

main方法测试：

package howe.demo.thread.cyclicbarrier;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

/**
* @author liuxinghao
* @version 1.0 Created on 2014年9月15日
*/
public class CyclicBarrierDemo {
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("工人活都干完了，老板开始检查了！");
}
});

Worker w1 = new Worker("张三", barrier);
Worker w2 = new Worker("李四", barrier);
Worker w3 = new Worker("王五", barrier);

List<Worker> workers = new ArrayList<Worker>();
workers.add(w1);
workers.add(w2);
workers.add(w3);

Boss boss = new Boss(workers);
boss.work();

System.out.println("main方法结束");
}
}

执行结果为：

老板开始安排工人工作...
老板安排张三的工作
老板安排李四的工作
张三正在干活...
老板安排王五的工作
李四正在干活...
老板安排工作结束...
老板正在等所有的工人干完活......
王五正在干活...
main方法结束
李四活干完了！
王五活干完了！
张三活干完了！
工人活都干完了，老板开始检查了！

通过结果分析可以很清楚的看出，boss对象的work方法执行结束后，main方法即开始执行。（此处“老板正在等所有的工人干完活......”打印之后是“王五正在干活...”，然后才是“main方法结束”，是因为对于cpu的抢占，甚至有一定的概率是“main方法结束”会在最后打印。）

假设有这么一个功能，我们需要向数据库批量写入一些记录，然后记录这个操作使用的时间，但是我们又不想影响其他操作（即不想阻塞主线程），这个时候CyclicBarrier就派上用场了。