Java函数实现线程同步与异步操作
Java中线程同步与异步操作是非常重要的概念，它们可以用来控制Java程序并发访问和执行的顺序。在实际应用中，我们经常需要多个线程同时执行某个任务，或者要求某个线程在其它线程执行完之后再执行，这时就需要使用线程同步和异步操作。
一、线程同步操作
线程同步操作是指多个线程执行某个任务时，它们需要协同工作以便每个线程能够正确执行。这时我们需要通过锁和信号量来实现线程同步。Java中的锁一般是指synchronized关键字和ReentractLock类，而信号量则是指Semaphore类和CountDownLatch类。
1. synchronized关键字
synchronized关键字可以使一个线程在进入某段代码之前获取锁，从而保证多个线程不会同时访问该代码段，确保代码的执行顺序。synchronized可以用在方法和代码块上，下面是使用synchronized关键字的一个例子：
public synchronized void print(String msg) {
System.out.println(msg);
}
上面的代码使用synchronized关键字修饰了方法print，这样当多个线程访问这个方法时，只有一个线程能够获得锁并且进入执行，而其它线程则需要等待直到执行完毕。使用synchronized关键字时需要注意锁的范围，以免锁定过宽或过窄导致性能不佳或死锁。
2. ReentractLock类
ReentractLock类是Java5中新增的一个类，它可以提供更加灵活的锁机制。与synchronized关键字不同，ReentractLock类提供了lock()和unlock()方法，我们需要手动获取和释放锁。下面是使用ReentractLock类实现线程同步的一个例子：
class BankAccount {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private double balance;
public void deposit(double amount) {
lock.lock();
try {
balance += amount;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
3. Semaphore类
Semaphore类可以用来控制同时访问特定资源的线程数量，例如线程池中的线程数目。Semaphore中两个最常用的方法是acquire()和release()，分别表示获取许可和释放许可。下面是使用Semaphore类实现线程同步的一个例子：
Semaphore s = new Semaphore(4);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
new Thread(() -> {
try {
s.acquire();
// ...
} finally {
s.release();
}
}).start();
}
上面的代码中，创建了8个线程并通过Semaphore限制了同时执行的线程数量不超过4个。
4. CountDownLatch类
CountDownLatch类可以用来控制一个线程等待多个线程完成后再执行。CountDownLatch只有一个计数器，它通过await()和countDown()方法实现线程的等待和计数，线程完成任务后，调用countDown()方法减少计数器的值。
下面是使用CountDownLatch类实现线程同步的一个例子：
CountDownLatch startupLatch = new CountDownLatch(1);
CountDownLatch shutdownLatch = new CountDownLatch(2);
new Thread(() -> {
System.out.println("Worker 1 starting");
startupLatch.countDown();
// do some work
shutdownLatch.countDown();
System.out.println("Worker 1 stopped");
}).start();
new Thread(() -> {
System.out.println("Worker 2 starting");
startupLatch.countDown();
// do some work
shutdownLatch.countDown();
System.out.println("Worker 2 stopped");
}).start();
由于startupLatch计数器的值为1，两个线程都需要等待它减为0后才能开始执行。而shutdownLatch计数器的值为2，当两个线程完成任务后，计数器的值减少为0，此时主线程就可以继续执行了。
二、线程异步操作
线程异步操作是指多个线程执行某个任务时，它们不需要协同工作，而是独立执行，并且可以通过回调等机制获取执行结果。Java中常用的异步编程方式有以下几种：
1. FutureTask
FutureTask是一个包装了Callable的类，它可以异步执行Callable，并在完成后返回结果或抛出异常。FutureTask提供了get()方法，它会阻塞当前线程直到任务完成，然后返回执行结果或抛出异常。
下面是使用FutureTask实现线程异步操作的一个例子：
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(() -> {
// do some work
return 42;
});
new Thread(task).start();
// do some work
int result = task.get();
注意：FutureTask默认使用线程池中的一个线程执行Callable，如果需要手动执行，可以通过FutureTask.cancel(false)取消异步操作。
2. CompletableFuture
CompletableFuture是Java8新增的一种异步编程方式，它可以在任务完成时执行某个操作，或者将多个任务的执行结果合并后再执行某个操作。CompletableFuture提供了thenApply()、thenCombine()、thenAccept()等方法来实现异步操作。
下面是使用CompletableFuture实现线程异步操作的一个例子：
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// do some work
return 42;
}).thenAccept(result -> {
// do some work with the result
});
使用supplyAsync()方法可以异步执行任务，并返回一个CompletableFuture对象。而thenAccept()方法则表示在任务完成后执行某个操作。
3. 回调函数
回调函数是一种在异步编程中常用的机制，它可以在任务完成后通知调用方执行某个操作，例如将执行结果传递给回调函数。
下面是使用回调函数实现线程异步操作的一个例子：
public interface Callback {
void onResult(int result);
}
public void asyncCalculate(Callback callback) {
new Thread(() -> {
// do some work
callback.onResult(42);
}).start();
}
调用方需要实现Callback接口，并将回调函数传递给asyncCalculate()方法。当任务完成后，线程会执行回调函数的onResult()方法。
总结：
Java中的线程同步和异步操作可以有效地控制并发访问和执行的顺序，从而提高程序的性能和效率。线程同步可以通过锁和信号量来实现，而线程异步可以通过FutureTask、CompletableFuture等机制来实现。在实际应用中，需要根据具体的场景和需求来选择合适的同步或异步操作方式。