一道编程题如下:
实例化三个线程,一个线程打印a,一个打印b,一个打印c,三个线程同时执行,要求打印出6个连着的abc
题目分析:
通过题意我们可以得出,本题需要我们使用三个线程,三个线程分别会打印6次字符,关键是如何保证顺序一定是abc...呢。所以此题需要同步机制来解决问题!
令打印字符A的线程为ThreadA,打印B的ThreadB,打印C的为ThreadC。问题为三线程间的同步唤醒操作,主要的目的就是使程序按ThreadA->ThreadB->ThreadC-
>ThreadA循环执行三个线程,因此本人整理出了三种方式来解决此问题。
一.通过两个锁(不推荐,可读性和安全性比较差)
/** * 基于两个lock实现连续打印abcabc.... * @author fhr * @since 2017/09/04 */public class TwoLockPrinter { @Test public void test() throws InterruptedException { // 打印A线程的锁 Object lockA = new Object(); // 打印B线程的锁 Object lockB = new Object(); // 打印C线程的锁 Object lockC = new Object(); ThreadGroup group = new ThreadGroup("xx"); // 打印a的线程 Thread threadA = new Thread(group, new Printer(lockC, lockA, 'A')); // 打印b的线程 Thread threadB = new Thread(group, new Printer(lockA, lockB, 'B')); // 打印c的线程 Thread threadC = new Thread(group, new Printer(lockB, lockC, 'C')); // 依次开启a b c线程 threadA.start(); Thread.sleep(100); threadB.start(); Thread.sleep(100); threadC.start(); // 主线程循环让出cpu使用权 while (group.activeCount() > 0) { Thread.yield(); } } // 打印线程 private class Printer implements Runnable { // 打印次数 private static final int PRINT_COUNT = 6; // 前一个线程的打印锁 private final Object fontLock; // 本线程的打印锁 private final Object thisLock; // 打印字符 private final char printChar; public Printer(Object fontLock, Object thisLock, char printChar) { super(); this.fontLock = fontLock; this.thisLock = thisLock; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { // 连续打印PRINT_COUNT次 for (int i = 0; i < PRINT_COUNT; i++) { // 获取前一个线程的打印锁 synchronized (fontLock) { // 获取本线程的打印锁 synchronized (thisLock) { // 打印字符 System.out.print(printChar); // 通过本线程的打印锁唤醒后面的线程 // notify和notifyall均可,因为同一时刻只有一个线程在等待 thisLock.notify(); // 不是最后一次则通过fontLock等待被唤醒 // 必须要加判断,不然能够打印6次 但6次后就会直接死锁 if (i < PRINT_COUNT - 1) { try { // 通过fontLock等待被唤醒 fontLock.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } } } }}
此解法为了为了确定唤醒、等待的顺序,每一个线程必须同时持有两个对象锁,才能继续执行。一个对象锁是fontLock,就是前一个线程所持有的对象锁,还有一个就是自身
对象锁thisLock。主要的思想就是,为了控制执行的顺序,必须要先持有fontLock锁,也就是前一个线程要释放掉前一个线程自身的对象锁,当前线程再去申请自身对象锁,两
者兼备时打印,之后首先调用thisLock.notify()释放自身对象锁,唤醒下一个等待线程,再调用fontLock.wait()释放prev对象锁,暂停当前线程,等待再次被唤醒后进入循环。运
行上述代码,可以发现三个线程循环打印ABC,共6次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行,持有C,A对象锁,后释放A锁,唤醒B。线程B等待A锁,再申请B锁,后打
印B,再释放B锁,唤醒C,线程C等待B锁,再申请C锁,后打印C,再释放C锁,唤醒A。看起来似乎没什么问题,但如果你仔细想一下,就会发现有问题,就是初始条
件,三个线程按照A,B,C的顺序来启动,按照前面的思考,A唤醒B,B唤醒C,C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序,所以需要手动控制他们三个的
启动顺序,即Thread.Sleep(100)
二.通过一个ReentrantLock和三个conditon实现(推荐,安全性,性能和可读性较高)
/** * 基于一个ReentrantLock和三个conditon实现连续打印abcabc... * @author fhr * @since 2017/09/04 */public class RcSyncPrinter { @Test public void test() throws InterruptedException { ThreadGroup group = new ThreadGroup("xx"); // 写锁 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 打印a线程的condition Condition conditionA = lock.newCondition(); // 打印b线程的condition Condition conditionB = lock.newCondition(); // 打印c线程的condition Condition conditionC = lock.newCondition(); // 实例化A线程 Thread printerA = new Thread(group, new Printer(lock, conditionA, conditionB, 'A')); // 实例化B线程 Thread printerB = new Thread(group, new Printer(lock, conditionB, conditionC, 'B')); // 实例化C线程 Thread printerC = new Thread(group, new Printer(lock, conditionC, conditionA, 'C')); // 依次开始A B C线程 printerA.start(); Thread.sleep(100); printerB.start(); Thread.sleep(100); printerC.start(); // 主线程循环让出CPU使用权 while (group.activeCount() > 0) { Thread.yield(); } } // 打印线程 private class Printer implements Runnable { // 打印次数 private static final int PRINT_COUNT = 6; // 打印锁 private final ReentrantLock reentrantLock; // 本线程打印所需的condition private final Condition thisCondtion; // 下一个线程打印所需要的condition private final Condition nextCondtion; // 打印字符 private final char printChar; public Printer(ReentrantLock reentrantLock, Condition thisCondtion, Condition nextCondition, char printChar) { this.reentrantLock = reentrantLock; this.nextCondtion = nextCondition; this.thisCondtion = thisCondtion; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { // 获取打印锁 进入临界区 reentrantLock.lock(); try { // 连续打印PRINT_COUNT次 for (int i = 0; i < PRINT_COUNT; i++) { System.out.print(printChar); // 使用nextCondition唤醒下一个线程 // 因为只有一个线程在等待,所以signal或者signalAll都可以 nextCondtion.signal(); // 不是最后一次则通过thisCondtion等待被唤醒 // 必须要加判断,不然能够打印6次 但6次后就会直接死锁 if (i < PRINT_COUNT - 1) { try { // 本线程让出锁并等待唤醒 thisCondtion.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } finally { // 释放打印锁 reentrantLock.unlock(); } } }}
仔细想想本问题,既然同一时刻只能有一个线程打印字符,那我们为什么不使用一个同步锁ReentrantLock?线程之间的唤醒操作可以通过Condition实现,且Condition可以有
多个,每个condition.await阻塞只能通过该condition的signal/signalall来唤醒!这是synchronized关键字所达不到的,那我们就可以给每个打印线程一个自身的condition和下一
个线程的condition,每次打印字符后,调用下一个线程的condition.signal来唤醒下一个线程,然后自身再通过自己的condition.await来释放锁并等待唤醒。
三.通过一个锁和一个状态变量来实现(推荐)
/** * 基于一个锁和一个状态变量实现连续打印abcabc... * @author fhr * @since 2017/09/04 */public class StateLockPrinter { //状态变量 private volatile int state=0; @Test public void test() throws InterruptedException { //锁 Object lock=new Object(); ThreadGroup group=new ThreadGroup("xx"); //打印A的线程 Thread threadA=new Thread(group,new Printer(lock, 0,1, 'A')); //打印B的线程 Thread threadB=new Thread(group,new Printer(lock, 1,2, 'B')); //打印C的线程 Thread threadC=new Thread(group,new Printer(lock, 2,0, 'C')); //一次启动A B C线程 threadA.start(); Thread.sleep(1000); threadB.start(); Thread.sleep(1000); threadC.start(); //循环检查线程组合的活的线程数量 while (group.activeCount()>0) { //让出CPU使用权 Thread.yield(); } } //打印线程 private class Printer implements Runnable{ //打印次数 private static final int PRINT_COUNT=6; //打印锁 private final Object printLock; //打印标志位 和state变量相关 private final int printFlag; //后继线程的线程的打印标志位,state变量相关 private final int nextPrintFlag; //该线程的打印字符 private final char printChar; public Printer(Object printLock, int printFlag,int nextPrintFlag, char printChar) { super(); this.printLock = printLock; this.printFlag=printFlag; this.nextPrintFlag=nextPrintFlag; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { //获取打印锁 进入临界区 synchronized (printLock) { //连续打印PRINT_COUNT次 for(int i=0;i
状态变量是一个volatile的整型变量,0代表打印a,1代表打印b,2代表打印c,三个线程都循环检验标志位,通过阻塞前和阻塞后两次判断可以确保当前打印的正确顺序,随后线程
打印字符,然后设置下一个状态字符,唤醒其它线程,然后重新进入循环。
补充题
三个Java多线程循环打印递增的数字,每个线程打印5个数值,打印周期1-75,同样的解法:
/** * 数字打印,三个线程同时打印数字, * 第一个线程打印12345,第二个线程打印678910 ......... * @author fhr * @since 2017/09/04 */public class NumberPrinter { //打印计数器 private final AtomicInteger counter=new AtomicInteger(0); @Test public void test() throws InterruptedException { //打印锁 ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock(); //打印A线程的Condition Condition conditionA=reentrantLock.newCondition(); //打印B线程的Condition Condition conditionB=reentrantLock.newCondition(); //打印C线程的Condition Condition conditionC=reentrantLock.newCondition(); ThreadGroup group=new ThreadGroup("xx"); //打印线程A Thread threadA=new Thread(group,new Printer(reentrantLock,conditionA, conditionB)); //打印线程B Thread threadB=new Thread(group,new Printer(reentrantLock, conditionB, conditionC)); //打印线程C Thread threadC=new Thread(group,new Printer(reentrantLock, conditionC, conditionA)); // 依次开启a b c线程 threadA.start(); Thread.sleep(100); threadB.start(); Thread.sleep(100); threadC.start(); while (group.activeCount()>0) { Thread.yield(); } } private class Printer implements Runnable{ //总共需要打印TOTAL_PRINT_COUNT次 private static final int TOTAL_PRINT_COUNT=5; //每次打印PER_PRINT_COUNT次 private static final int PER_PRINT_COUNT=5; //打印锁 private final ReentrantLock reentrantLock; //前一个线程的condition private final Condition afterCondition; //本线程的condition private final Condition thisCondtion; public Printer(ReentrantLock reentrantLock, Condition thisCondtion,Condition afterCondition) { super(); this.reentrantLock = reentrantLock; this.afterCondition = afterCondition; this.thisCondtion = thisCondtion; } @Override public void run() { //进入临界区 reentrantLock.lock(); try { //循环打印TOTAL_PRINT_COUNT次 for(int i=0;i