Java多线程编程：深入理解方法执行等待机制192

在Java多线程编程中，经常需要一个线程等待另一个线程完成特定任务后才能继续执行。这种等待机制至关重要，因为它能够确保程序的正确性和可靠性。本文将深入探讨Java中实现方法执行等待的多种方式，包括使用wait(), notify(), notifyAll()方法、join()方法、CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore以及Future和CompletableFuture等，并比较它们的优缺点，帮助读者选择最适合其场景的解决方案。

1. 使用wait(), notify(), notifyAll()方法

wait(), notify(), notifyAll()方法是Object类中的方法，它们依赖于对象的监视器锁（monitor lock）。一个线程调用wait()方法后会释放对象的锁并进入等待状态，直到另一个线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒它。 notify()随机唤醒一个等待线程，而notifyAll()则唤醒所有等待线程。这些方法必须在同步块或同步方法内部调用，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。
synchronized (object) {
while (!condition) {
(); // 等待条件满足
}
// 条件满足后执行的代码
}
synchronized (object) {
// 执行任务
(); // 唤醒所有等待线程
}

使用wait(), notify(), notifyAll()方法需要仔细处理线程间的同步和唤醒机制，避免死锁和竞争条件。 while循环的使用是为了防止虚假唤醒（spurious wakeup）。

2. 使用join()方法

join()方法用于等待另一个线程完成其执行。当一个线程调用另一个线程的join()方法时，它会阻塞直到目标线程结束运行。
Thread thread = new Thread(() -> {
// 执行耗时任务
});
();
(); // 等待thread线程完成
("Thread finished.");

join()方法提供了一种简单直接的等待方式，适用于等待单个线程完成的场景。

3. 使用CountDownLatch

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成一组操作。它有一个计数器，初始值为线程的数量。每个线程完成其任务后，计数器减一。当计数器为零时，等待的线程被释放。
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
ExecutorService executor = (3);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
(() -> {
// 执行任务
();
});
}
(); // 等待所有线程完成
("All threads finished.");
();

CountDownLatch适用于多个线程等待一组任务完成的场景。

4. 使用CyclicBarrier

CyclicBarrier允许一组线程在达到某个屏障点之前互相等待。当所有线程到达屏障点时，它们会继续执行。 CyclicBarrier可以重复使用。
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
ExecutorService executor = (3);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
(() -> {
// 执行任务
(); // 等待所有线程到达屏障点
("Barrier reached.");
});
}
();

CyclicBarrier适用于多个线程需要在某个点同步的场景。

5. 使用Semaphore

Semaphore是一种计数信号量，可以控制对共享资源的访问。它可以限制同时访问资源的线程数量。当资源可用时，线程获取许可证；当线程完成使用资源后，释放许可证。

6. 使用Future和CompletableFuture

Future表示异步计算的结果。可以通过()方法阻塞等待结果。 CompletableFuture是Future的增强版本，提供了更丰富的API，例如thenApply(), thenCompose(), thenCombine()等，可以进行异步操作的组合和链式调用。
CompletableFuture future = (() -> {
// 执行耗时任务
return 10;
});
int result = (); // 等待结果
(result);

Future和CompletableFuture适用于需要异步执行任务并等待结果的场景。

总结

Java提供了多种方法来实现方法执行等待，选择哪种方法取决于具体的应用场景。 wait()/notify()/notifyAll()方法提供了底层的控制，但需要谨慎使用；join()方法简单易用；CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore提供了更高级的同步机制；Future和CompletableFuture提供了异步编程的支持。理解这些方法的优缺点，才能选择最合适的解决方案，编写高效可靠的多线程程序。

2025-05-12

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