如何實現主線程等待子線程執行完畢再執行

# 如何實現主線程等待子線程執行完畢再執行

## 引言

在多線程編程中，經常會遇到主線程需要等待子線程完成特定任務后才能繼續執行的場景。這種同步機制對于保證數據一致性、避免競態條件以及控制程序執行流程至關重要。本文將深入探討Java、Python和C++三種主流語言中實現主線程等待子線程的多種方法，并分析各自的適用場景。

## 一、Java中的實現方式

### 1. Thread.join()方法

```java
public class JoinExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread childThread = new Thread(() -> {
            // 模擬耗時操作
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("子線程執行完成");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        childThread.start();
        childThread.join(); // 主線程在此等待
        System.out.println("主線程繼續執行");
    }
}

原理分析：join()方法內部使用wait/notify機制實現，會阻塞調用線程直到目標線程終止。

2. CountDownLatch同步工具

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

new Thread(() -> {
    // 子線程工作
    latch.countDown();
}).start();

latch.await(); // 主線程阻塞等待

優勢：適用于需要等待多個子線程的場景，通過初始化計數器值控制需要等待的線程數量。

3. Future與ExecutorService

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<?> future = executor.submit(() -> {
    // 子線程任務
});

future.get(); // 阻塞直到獲取結果
executor.shutdown();

適用場景：需要獲取子線程返回結果時使用，配合線程池管理更高效。

二、Python中的實現方案

1. threading.Thread.join()

import threading

def worker():
    print("子線程開始執行")
    # 模擬耗時操作
    time.sleep(2)
    print("子線程執行完畢")

t = threading.Thread(target=worker)
t.start()
t.join()  # 主線程等待
print("主線程繼續")

2. 線程池的wait()方法

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor, wait

with ThreadPoolExecutor() as executor:
    future = executor.submit(lambda: time.sleep(2))
    wait([future])  # 阻塞等待

3. Event事件對象

event = threading.Event()

def worker():
    # ...執行任務
    event.set()  # 標記完成

threading.Thread(target=worker).start()
event.wait()  # 主線程等待信號

特點：適合需要手動控制觸發時機的場景。

三、C++中的實現方法

1. std::thread::join()

#include <iostream>
#include <thread>

void worker() {
    std::cout << "子線程運行中..." << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
}

int main() {
    std::thread t(worker);
    t.join();  // 主線程阻塞
    std::cout << "主線程繼續" << std::endl;
    return 0;
}

2. std::async與future

auto future = std::async(std::launch::async, []{
    // 異步任務
    return 42;
});

future.wait();  // 顯式等待

3. 條件變量(Condition Variable)

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_one();
}

int main() {
    std::thread t(worker);
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, []{ return ready; });
    }
    t.join();
}

注意事項：需配合互斥鎖使用，防止虛假喚醒。

四、通用原理與最佳實踐

1. 同步機制的核心原理

所有方法的本質都是通過： - 阻塞機制（join/wait） - 狀態標志位（flag/event） - 信號通知（condition variable）

2. 選擇依據

3. 常見陷阱

• 死鎖風險：注意加鎖順序
• 資源泄漏：確保線程資源釋放
• 性能影響：避免不必要的同步

五、高級應用場景

1. 超時控制實現

// Java示例
if (!latch.await(3, TimeUnit.SECONDS)) {
    System.out.println("等待超時");
}

2. 多階段等待（Phaser）

適用于分階段的任務協同。

結語

正確實現線程同步需要根據具體需求選擇合適方案。建議在開發中： 1. 優先使用高層API（如并發工具類） 2. 添加必要的超時處理 3. 通過日志監控線程狀態 4. 進行充分的并發測試

掌握這些線程同步技術，可以顯著提高多線程程序的可靠性和可維護性。 “`

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