Java中的join方法原理详解「建议收藏」

全栈程序员站长

发布于 2022-08-14 16:27:52

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发布于 2022-08-14 16:27:52

文章被收录于专栏：全栈程序员必看

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1.synchronized中的对象锁是线程的实例

我们可以使用同步语句块的方式对需要同步的代码进行包裹。

Object obj = new Object();
synchronized(obj){
   obj.wait();    //线程在这里等待
}

此时线程会在obj.wait()处等待，如果想继续执行，此时需要别的线程通过notify、notifyAll唤醒或者中断。但是如果obj是一个线程实例会怎么样呢？

如下面的例子：

public class HighConcurrency {

	public static void main(String[] args) {
		try {
			Thread threadTest = new Thread(){
				public void run(){
					System.out.println("执行线程中方法");
					try {
						Thread.sleep(2000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			};
			threadTest.start();
			synchronized(threadTest){
			    threadTest.wait();		//当线程终止的时候，会调用线程自身的notifyAll()方法
			}
			System.out.println("执行到了这里");
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

输出：

执行线程中方法
执行到了这里

首先开始线程threadTest，在主线程执行到threadTest.wait()时，主线程会等待，奇怪的是主线程并没有别的线程使用notify或notifyAll方法唤醒，竟然直接执行了后面的语句”执行了这里”。查阅发现如果synchronized获得对象锁是线程的实例时，此时比较特殊，当该线程终止的时候，会调用线程自身的notifyAll()方法，会通知所有等待在该线程对象上的线程。

这有什么应用呢？

如下，我开启一个子线程计算一段数据，我希望计算完后最终结果后在主线程中再输出一段话（就当是对计算结果的反馈），此时可以采用类似上面的这段代码。

class MyThread extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		try {
			int secondValue = (int) (Math.random() * 3000);
			System.out.println(secondValue);
			Thread.sleep(secondValue);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}
public class HighConcurrency {

	public static void main(String[] args) {
		try {
			MyThread threadTest = new MyThread();
			threadTest.start();
			synchronized(threadTest){
				threadTest.wait();	//当线程终止的时候，会调用线程自身的notifyAll()方法
			}
			System.out.println("我想当threadTest对象执行完毕后我再执行，我做到了");
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

输出：

1135
我想当threadTest对象执行完毕后我再执行，我做到了

过程不多解释，就是利用了线程实例做对象锁时，在线程执行完后，会调用线程自身的notifyAll()方法，此时主线程会接着执行，用处可以控制线程的执行顺序，例如我可以让子线程做计算，在子线程计算完后，在主线程中输出计算结果。

2.Join的原理

Java中的join方法也可以控制线程的执行顺序，上面的代码的功能使用join方法也可以很方便的实现：

class MyThread extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		try {
			int secondValue = (int) (Math.random() * 3000);
			System.out.println(secondValue);
			Thread.sleep(secondValue);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}
public class HighConcurrency {

	public static void main(String[] args) {
		try {
			MyThread threadTest = new MyThread();
			threadTest.start();
			threadTest.join();
			System.out.println("我想当threadTest对象执行完毕后我再执行，我做到了");
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

输出的时功能一样。查看join的核心源码如下：

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

 public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }
        if (millis == 0) {             //如果时执行的join(0)
            while (isAlive()) {        //如果线程是运行状态，就会执行下面的等待
                wait(0);               
            }
        } else {                       //如果是执行的join(time)
            while (isAlive()) {               //如果线程时运行状态
                long delay = millis - now;    
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);                 //等待delay时间后自动返回继续执行
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
 }

其中核心代码如下：

while (isAlive()) {        //调用join方法线程是运行时状态
      wait(0);             //进入等待
 }

isAlive()方法下面会做详细的介绍，先看wait(0)，wait(0)是什么意思呢，查看下面wait()方法源码，其实wait()方法就是调用了wait(0)方法实现的，wait(0)就是让其一直等待。到这里会发现，其实join方法本质就是利用上面的线程实例作为对象锁的原理，当线程终止时，会调用线程自身的notifyAll()方法，通知所有等待在该线程对象上的线程的特征。

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

3.下面再说明一下while(isAlive)语句的作用：

有下面的一段简单代码：

代码实现：

public class HighConcurrency {
	 
    // 1.现在有T2、T3三个线程，你怎样保证T2在T1执行完后执行，T3在T2执行完后执行
        final Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    // 引用t1线程，等待t1线程执行完
                    t1.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t2");
            }
        });
        Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    // 引用t2线程，等待t2线程执行完
                    t2.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t3");
            }
        });
        t3.start();//这里三个线程的启动顺序可以任意，大家可以试下！
        t2.start();
    }
}

程序输出：

t2
t3

首先执行了t3.start(),在t3线程里的run方法里执行了t2.join()，此时有两种情况，可能还没有执行t2.start()，t2处于初始状态，也有可能执行了t2.start(),t2处于运行时状态，所以看到这里就明白了，join源码中while(isAlive())，其实相当于while(this.isAlive())就相当于判断这里的t2是不是已经是不是运行状态（有没有调用start方法）。这么设计是为了防止t2线程没有运行，此时t3线程如果直接执行wait(0)方法，那么将会一直等待下去，造成代码卡死。

为了验证，代码改为：

        t3.start();
        try {
		Thread.sleep(10);
	} catch (InterruptedException e) {
		e.printStackTrace();
	}
        t2.start();

此时的输出：

t3
t2

分析：将t2.start()和t3.start()之间的时间间隔变长，这样在t3线程中不会执行t2.join()时，保证了t2时处于初始状态还不是运行状态，此时while(isAlive())不成立，不会执行wait(0)方法，所以t3线程不会等待，会先输出t3。

然后再更改代码如下，保证在执行t2.join()时，t2.start()已经执行,t2已经处于运行状态：

public class HighConcurrency {
	
    public static void main(String[] args) {
 
        final Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
 
            @Override
            public void run() {         
                System.out.println("t2");
            }
        });
        Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
 
            @Override
            public void run() {
                try {
                	Thread.sleep(10);    //保证此时t2已经是运行时状态了
                    t2.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t3");
            }
        });
        t3.start();
        t2.start();
    }
}

此时的输出：