建议收藏！Kotlin 线程同步的 N 种方法
面试的时候经常会被问及多线程同步的问题，例如：
“ 现有 Task1、Task2 等多个并行任务，如何等待全部任务执行完成后，开始执行 Task3 ? ”
Kotlin 中有多种实现方式可供选择，本文将所有这些方式做了整理：
Thread.join Synchronized ReentrantLock BlockingQueue CountDownLatch CyclicBarrier CAS Future CompletableFuture Rxjava Coroutine Flow
我们先定义三个Task，模拟上述场景， Task3 基于 Task1、Task2 返回的结果拼接字符串，每个 Task 通过 sleep 模拟耗时：
val task1: () -> String = {
sleep(2000)
"Hello".also { println("task1 finished: $it") }
}
val task2: () -> String = {
sleep(2000)
"World".also { println("task2 finished: $it") }
}
val task3: (String, String) -> String = { p1, p2 ->
sleep(2000)
"$p1 $p2".also { println("task3 finished: $it") }
}
1. Thread.join()
Kotlin 兼容 Java，Java 的所有线程工具默认都可以使用。其中最简单的线程同步方式就是使用 Thread 的 join() ：
@Test
fun test_join() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
val t1 = Thread { s1 = task1() }
val t2 = Thread { s2 = task2() }
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()
task3(s1, s2)
}
2. Synchronized
使用 synchronized 锁进行同步
@Test
fun test_synchrnoized() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
Thread {
synchronized(Unit) {
s1 = task1()
}
}.start()
s2 = task2()
synchronized(Unit) {
task3(s1, s2)
}
}
但是如果超过三个任务，使用 synchrnoized 这种写法就比较别扭了，为了同步多个并行任务的结果需要声明n个锁，并嵌套n个 synchronized。
3. ReentrantLock
ReentrantLock 是 JUC 提供的线程锁，可以替换 synchronized 的使用
@Test
fun test_ReentrantLock() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
val lock = ReentrantLock()
Thread {
lock.lock()
s1 = task1()
lock.unlock()
}.start()
s2 = task2()
lock.lock()
task3(s1, s2)
lock.unlock()
}
ReentrantLock 的好处是，当有多个并行任务时是不会出现嵌套 synchrnoized 的问题，但仍然需要创建多个 lock 管理不同的任务，
4. BlockingQueue
阻塞队列内部也是通过 Lock 实现的，所以也可以达到同步锁的效果
@Test
fun test_blockingQueue() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
val queue = SynchronousQueue<Unit>()
Thread {
s1 = task1()
queue.put(Unit)
}.start()
s2 = task2()
queue.take()
task3(s1, s2)
}
当然，阻塞队列更多是使用在生产/消费场景中的同步。
5. CountDownLatch
JUC 中的锁大都基于 AQS 实现的，可以分为独享锁和共享锁。ReentrantLock 就是一种独享锁。相比之下，共享锁更适合本场景。例如 CountDownLatch，它可以让一个线程一直处于阻塞状态，直到其他线程的执行全部完成：
@Test
fun test_countdownlatch() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
val cd = CountDownLatch(2)
Thread() {
s1 = task1()
cd.countDown()
}.start()
Thread() {
s2 = task2()
cd.countDown()
}.start()
cd.await()
task3(s1, s2)
}
共享锁的好处是不必为了每个任务都创建单独的锁，即使再多并行任务写起来也很轻松
6. CyclicBarrier
CyclicBarrier 是 JUC 提供的另一种共享锁机制，它可以让一组线程到达一个同步点后再一起继续运行，其中任意一个线程未达到同步点，其他已到达的线程均会被阻塞。
与 CountDownLatch 的区别在于 CountDownLatch 是一次性的，而 CyclicBarrier 可以被重置后重复使用，这也正是 Cyclic 的命名由来，可以循环使用
@Test
fun test_CyclicBarrier() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
val cb = CyclicBarrier(3)
Thread {
s1 = task1()
cb.await()
}.start()
Thread() {
s2 = task1()
cb.await()
}.start()
cb.await()
task3(s1, s2)
}
7. CAS
AQS 内部通过自旋锁实现同步，自旋锁的本质是利用 CompareAndSwap 避免线程阻塞的开销。因此，我们可以使用基于 CAS 的原子类计数，达到实现无锁操作的目的。
@Test
fun test_cas() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
val cas = AtomicInteger(2)
Thread {
s1 = task1()
cas.getAndDecrement()
}.start()
Thread {
s2 = task2()
cas.getAndDecrement()
}.start()
while (cas.get() != 0) {}
task3(s1, s2)
}
while 循环空转看起来有些浪费资源，但是自旋锁的本质就是这样，所以 CAS 仅仅适用于一些cpu密集型的短任务同步。
volatile
看到 CAS 的无锁实现，也许很多人会想到 volatile， 是否也能实现无锁的线程安全？
@Test
fun test_Volatile() {
lateinit var s1: String
lateinit var s2: String
Thread {
s1 = task1()
cnt--
}.start()
Thread {
s2 = task2()
cnt--
}.start()
while (cnt != 0) {
}
task3(s1, s2)
}
注意，这种写法是错误的volatile 能保证可见性，但是不能保证原子性，cnt-- 并非线程安全，需要加锁操作
8. Future
上面无论有锁操作还是无锁操作，都需要定义两个变量s1、s2记录结果非常不方便。Java 1.5 开始，提供了 Callable 和 Future ，可以在任务执行结束时返回结果。
@Test
fun test_future() {
val future1 = FutureTask(Callable(task1))
val future2 = FutureTask(Callable(task2))
Executors.newCachedThreadPool().execute(future1)
Executors.newCachedThreadPool().execute(future2)
task3(future1.get(), future2.get())
}
通过 future.get()，可以同步等待结果返回，写起来非常方便
9. CompletableFuture
future.get() 虽然方便，但是会阻塞线程。Java 8 中引入了 CompletableFuture ，他实现了 Future 接口的同时实现了 CompletionStage 接口。CompletableFuture 可以针对多个 CompletionStage 进行逻辑组合、实现复杂的异步编程。这些逻辑组合的方法以回调的形式避免了线程阻塞：
@Test
fun test_CompletableFuture() {
CompletableFuture.supplyAsync(task1)
.thenCombine(CompletableFuture.supplyAsync(task2)) { p1, p2 ->
task3(p1, p2)
}.join()
}
10. RxJava
RxJava 提供的各种操作符以及线程切换能力同样可以帮助我们实现需求：zip 操作符可以组合两个 Observable 的结果；subscribeOn 用来启动异步任务
@Test
fun test_Rxjava() {
Observable.zip(
Observable.fromCallable(Callable(task1))
.subscribeOn(Schedulers.newThread()),
Observable.fromCallable(Callable(task2))
.subscribeOn(Schedulers.newThread()),
BiFunction(task3)
).test().awaitTerminalEvent()
}
11. Coroutine
前面讲了那么多，其实都是 Java 的工具。Coroutine 终于算得上是 Kotlin 特有的工具了：
@Test
fun test_coroutine() {
runBlocking {
val c1 = async(Dispatchers.IO) {
task1()
}
val c2 = async(Dispatchers.IO) {
task2()
}
task3(c1.await(), c2.await())
}
}
写起来特别舒服，可以说是集前面各类工具的优点于一身。
12. Flow
Flow 就是 Coroutine 版的 RxJava，具备很多 RxJava 的操作符，例如 zip:
@Test
fun test_flow() {
val flow1 = flow<String> { emit(task1()) }
val flow2 = flow<String> { emit(task2()) }
runBlocking {
flow1.zip(flow2) { t1, t2 ->
task3(t1, t2)
}.flowOn(Dispatchers.IO)
.collect()
}
}
flowOn 使得 Task 在异步计算并发射结果。
总结
上面这么多方式，就像茴香豆的“茴”字的四种写法，没必要都掌握。作为结论，在 Kotlin 上最好用的线程同步方案首推协程！
~ FIN ~
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