java如何让多个线程交替执行?

曾经有面试官问过这样一个问题,如何让两个线程交替打印奇数和偶数?如何让多个线程交替执行?

回答这个问题之前需要先了解java多线程的运行机制,线程间通信机制,线程同步问题。

这个问题我知道的实现方案有两种,一种是基于synchronized和wait/notify,另外一种是基于Lock和Condition.

1.基于synchronized和wait/notify

package org.stathry.jdkdeep.concurrent;

/**

* 线程间通信-基于Object的wait/notify

* @date 2017年12月21日

*/

public class ThreadTurnTest1 {

private Object lock = new Object();

private boolean RUN0 = true;

private static final int LIMIT = 1000;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

final ThreadTurnTest1 o = new ThreadTurnTest1();

new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

try {

o.m0();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}, "t0").start();

new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

try {

o.m1();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}, "t1").start();

Thread.sleep(10 * 1000);

}

private void m1() throws InterruptedException {

for (int i = 1; i < LIMIT; i += 2) {

synchronized (lock) {

if (RUN0) {

lock.wait();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "___" + i);

RUN0 = true;

lock.notify();

}

}

}

private void m0() throws InterruptedException {

for (int i = 0; i < LIMIT; i += 2) {

synchronized (lock) {

if (!RUN0) {

lock.wait();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "___" + i);

RUN0 = false;

lock.notify();

}

}

}

}

执行结果如下:

t0___0

t1___1

t0___2

t1___3

t0___4

t1___5

t0___6

t1___7

t0___8

t1___9

t0___10

...

2.基于Lock和Condition

基于Lock和Condition可以实现两个以上线程的通信。

package org.stathry.jdkdeep.concurrent;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

import java.util.concurrent.locks.Condition;

import java.util.concurrent.locks.Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**

* 线程间通信-基于lock的condition

* @date 2017年12月21日

*/

public class ThreadTurnTest2 {

private Lock lock = new ReentrantLock();

private Condition c0 = lock.newCondition();

private Condition c1 = lock.newCondition();

private Condition c2 = lock.newCondition();

private int status = 0;

private static final int LIMIT = 10000;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

ExecutorService exec = new ThreadPoolExecutor(3, 30, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(300),

Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

final ThreadTurnTest2 o = new ThreadTurnTest2();

exec.submit(o.createTask(0));

exec.submit(o.createTask(1));

exec.submit(o.createTask(2));

exec.shutdown();

exec.awaitTermination(5, TimeUnit.MINUTES);

}

/**

* @param name

* @param i

*/

private Runnable createTask(final int i) {

return new Runnable() {

@Override

public void run() {

try {

m(i);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

};

}

private void m(final int n) throws InterruptedException {

for (int i = n; i < LIMIT; i += 3) {

lock.lock();

try {

switch (n) {

case 0:

if (status != 0) {

c0.await();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "___" + i);

status = 1;

c1.signal();

break;

case 1:

if (status != 1) {

c1.await();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "___" + i);

status = 2;

c2.signal();

break;

case 2:

if (status != 2) {

c2.await();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "___" + i);

status = 0;

c0.signal();

break;

default:

break;

}

} finally {

lock.unlock();

}

}

}

}

执行结果如下:

pool-1-thread-1___0

pool-1-thread-2___1

pool-1-thread-3___2

pool-1-thread-1___3

pool-1-thread-2___4

pool-1-thread-3___5

pool-1-thread-1___6

pool-1-thread-2___7

pool-1-thread-3___8

pool-1-thread-1___9

pool-1-thread-2___10

pool-1-thread-3___11

pool-1-thread-1___12

pool-1-thread-2___13

pool-1-thread-3___14

...

看完上面两种方式你学会了吗?

其实这两种方式思路都是类似的,大致可以分三步:

循环内加锁

判断共享状态变量,如果状态值表示还没轮到当前线程执行,则调用调用锁对象的wait方法

等待状态变化的线程被唤醒,执行任务,然后改变状态,然后调用锁对象的notify方法

再多问几个问题,为什么要加锁呢?因为只有加锁才能保证多线程交替有序执行,否则线程的执行是由操作系统随机调度的,那么执行顺序自然是乱序的。为什么要对同一个对象加锁呢?因为只有对同一对象加锁,才能保证访问该锁的两个线程之间相互通信(不同的对象调用notify不会唤醒处于wait状态的线程),否则即使线程已经获取到锁了,但可能会因为没轮到自己执行而一直处于wait状态。

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