多线程并发

交替打印FooBar

方法1：信号量semaphore

class FooBar {
    private int n;

    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
    }

    Semaphore foo = new Semaphore(1);
    Semaphore bar = new Semaphore(0);

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            foo.acquire();
            printFoo.run();
            bar.release();
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            bar.acquire();
            printBar.run();
            foo.release();
        }
    }
}

方法2：CyclicBarrier

public class FooBar {

    private int n;

    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
    }

    CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(2); // 集齐2个线程调用await时开栅放行
    volatile boolean foo = true;

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            while (!foo) ;
            printFoo.run();
            foo = false;
            try {
                cb.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
            }
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            try {
                cb.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
            }
            printBar.run();
            foo = true;
        }
    }

}

方法3：synchronized

class FooBar {
    private int n;

    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
    }

    private boolean foo = true; // 表示当前时间应该打印foo/bar
    private Object lock = new Object();

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            synchronized (lock) {
                if (!foo) {
                    lock.wait(); // 等待并且释放锁
                }
                foo = false;
                // printFoo.run() outputs "foo". Do not change or remove this line.
                printFoo.run();
                lock.notifyAll(); // 唤醒, 不释放锁; 一般唤醒代码之后，会立即退出临界区, 从而释放锁
            }
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            synchronized (lock) {
                if (foo) {
                    lock.wait(); // 等待并且释放锁
                }
                foo = true;
                // printBar.run() outputs "bar". Do not change or remove this line.
                printBar.run();
                lock.notifyAll(); // 唤醒, 不释放锁; 一般唤醒代码之后，会立即退出临界区, 从而释放锁
            }
        }
    }
}

打印零与奇偶数


semaphore信号量

class ZeroEvenOdd {
    private int n;
    private Semaphore zero = new Semaphore(1);
    private Semaphore even = new Semaphore(0);
    private Semaphore odd = new Semaphore(0);

    public ZeroEvenOdd(int n) {
        this.n = n;
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        for (int i=1;i<=n;i++){
            zero.acquire();
            printNumber.accept(0);
            if(i%2==1){
                odd.release();
            }else{
                even.release();
            }
        }
    }

    public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        for (int i=2;i<=n;i+=2){
            even.acquire();
            printNumber.accept(i);
            zero.release();
        }
    }

    public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        for (int i=1;i<=n;i+=2){
            odd.acquire();
            printNumber.accept(i);
            zero.release();
        }
    }
}

Lock和Condition

  • 本地测试可通过，leetcode机器超时
  • lock和condition.await/signal/signalAll，相比synchronized和wait/notify/notityAll实现类似的功能，只不过一个lock可以生成多个condition对象，所以可以精确地唤醒某个线程，synchronized关键字做不到的。
public class ZeroEvenOdd {

    // 0, 1, 0, 2, 0, 3, 0, 4, ..., 0, n
    // 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ..., 2n-1, 2n

    private int n;
    private volatile int count;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition waitForZero = lock.newCondition();
    private Condition waitForEven = lock.newCondition();
    private Condition waitForOdd = lock.newCondition();

    public ZeroEvenOdd(int n) {
        this.n = n;
        this.count = 1;
    }

    public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            try {
                lock.lock();
                while (count % 2 == 0){
                    waitForZero.await();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break; // 尽管while循环中count满足条件, 但是在线程唤醒之后, 其它线程改变了count值, 所以必须再加一个判断
                }
                printNumber.accept(0);
                count++;
                if(count / 2 % 2 == 1){
                    waitForOdd.signal();
                }else {
                    waitForEven.signal();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            try {
                lock.lock();
                while (count % 2 == 1 || count / 2 % 2 == 1){
                    waitForEven.await();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(count / 2);
                count++;
                waitForZero.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            try {
                lock.lock();
                while (count % 2 == 1 || count / 2 % 2 == 0){
                    waitForOdd.await();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(count / 2);
                count++;
                waitForZero.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
    // 本地测试
    public static void main(String[] args) {
        ZeroEvenOdd zeroEvenOdd = new ZeroEvenOdd(10);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    zeroEvenOdd.zero(value -> System.out.println(value));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    zeroEvenOdd.even(value -> System.out.println(value));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    zeroEvenOdd.odd(value -> System.out.println(value));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }

}

当然上面的程序稍加修改，可以只用两个condition实现，唤醒odd或者even线程的时候，可以不用精准唤醒，改用全部唤醒，因为odd和even线程都有自己的判断条件，不满足条件的线程会重新进入await()，此时另外一个正确的线程就会得到锁进行打印；

public class ZeroEvenOdd {

    // 0, 1, 0, 2, 0, 3, 0, 4, ..., 0, n
    // 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ..., 2n-1, 2n

    private int n;
    private volatile int count;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition waitForZero = lock.newCondition();
    private Condition waitForEvenOrOdd = lock.newCondition();

    public ZeroEvenOdd(int n) {
        this.n = n;
        this.count = 1;
    }

    public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            try {
                lock.lock();
                while (count % 2 == 0){
                    waitForZero.await();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(0);
                count++;
                waitForEvenOrOdd.signalAll(); // 全部唤醒, 不用精确唤醒
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            try {
                lock.lock();
                while (count % 2 == 1 || count / 2 % 2 == 1){
                    waitForEvenOrOdd.await();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(count / 2);
                count++;
                waitForZero.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            try {
                lock.lock();
                while (count % 2 == 1 || count / 2 % 2 == 0){
                    waitForEvenOrOdd.await();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(count / 2);
                count++;
                waitForZero.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

}

同理可用synchronized关键字加wait,notityAll实现上面的功能

public class ZeroEvenOdd {

    // 0, 1, 0, 2, 0, 3, 0, 4, ..., 0, n
    // 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ..., 2n-1, 2n
    private int n;
    private volatile int count;

    public ZeroEvenOdd(int n) {
        this.n = n;
        this.count = 1;
    }

    public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            synchronized (this){
                while (count % 2 == 0){
                    this.wait();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(0);
                count++;
                this.notifyAll();
            }
        }
    }

    public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            synchronized (this){
                while (count % 2 == 1 || count / 2 % 2 == 1){
                    this.wait();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(count / 2);
                count++;
                this.notifyAll();
            }
        }
    }

    public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (count <= 2 * n){
            synchronized (this){
                while (count % 2 == 1 || count / 2 % 2 == 0){
                    this.wait();
                }
                if(count > 2 * n){
                    break;
                }
                printNumber.accept(count / 2);
                count++;
                this.notifyAll();
            }
        }
    }

}
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