面试手撕并发算法题
面试手撕并发算法题
固定打印顺序
使用 wait-notify 实现以下功能：先打印 b，再打印 a
思路一
线程t1和t2同时运行，t1中打印 a，t2中打印 b，但 t1 打印得有个前提，就是 t1要在t2运行完释放锁了才能打印 a。如果t1先得到锁，但t2没有执行，还是得释放锁，让t2得到锁先打印b，t2执行完，唤醒t1再打印a，实现固定顺序打印。
@Slf4j
public class OrderPrint {
static Object obj = new Object();
static boolean is2Run = false; // t2 运行标记， 代表 t2 是否执行过
public static void main(String[] args) {
m1();
}
private static void m1() {
Thread t1 = new Thread(() -> {
synchronized (obj) {
// 如果 t2 没有执行过
while (!is2Run) {
try {
// t1 先等一会，释放锁
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
log.debug("a");
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
log.debug("b");
synchronized (obj) {
is2Run = true; // syn 自带可见性
obj.notifyAll(); // 通知 obj 上等待的线程
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
}
}
思路二
思路一有以下几个问题需要注意：
- 需要保证先 wait 再 notify，否则 wait 线程永远得不到唤醒。因此使用了『运行标记』来判断该不该 wait；
- 如果有些干扰线程错误地 notify 了 wait 线程，条件不满足时还要重新等待，因此使用了 while 循环来解决此问题；
可以使用 LockSupport 类的 park 和 unpark 来简化上面的题目：
private static void m2() {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 线程暂停
LockSupport.park();
log.debug("a");
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
log.debug("b");
// 唤醒线程
LockSupport.unpark(t1);
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
}
park 和 unpark 比较灵活，有以下特点：
- park 和 unpark 不需要先获取锁，这一点和Object中的
wait-notify，Condition接口提供的await-signal都不同。- 唤醒方法 unpark 在 等待方法 park 之前或之后运行，线程都能够被唤醒，这一点其他两种机制都不行，Object 和 Condition 中的唤醒必须在等待之后调用，线程才能被唤醒；
交替打印
准备三个线程t1、t2和t3，其中 t1 线程打印a，t2 线程打印 b，t3 线程打印 c，交替打印 ABCABC，打印100个字符。
思路：可以使用一个状态变量来表示打印abc，如 state=1 代表打印 a， state=2代表打印 b，state=3代表打印 c；使用synchronized 加锁。
@Slf4j
public class AlternatePrint {
// 初始状态为1
private static int state = 1;
private static int loopNumber = 5;
private static int count;
private static Object obj = new Object();
public static void print(int waitState, int nextState, String str) {
while (true) {
synchronized (obj) {
// 当前获得锁的线程状态不是 state，等待释放锁
while (state != waitState) {
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 如果 count 达到了100，进入if的线程修改为下一状态，并唤醒另两个线程，本线程结束
// 另两个线程争夺锁，最终都会执行结束（可以分析一波）
if(count == 100) {
state = nextState; // syn 保证可见性
obj.notifyAll();
break;
}
// 当前获得锁的线程状态就是 state，打印要打印的字符串
log.debug(str);
count++;
// 打印完，轮到下一个线程打印了，把状态改成 nextState
state = nextState; // syn 保证可见性
obj.notifyAll();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
// t1线程，如果当前状态是1，就打印a，下一个线程的状态是2
new Thread(() -> {
print(1, 2, "a");
}, "t1").start();
// t2线程，如果当前状态是2，就打印b，下一个线程的状态是3
new Thread(() -> {
print(2, 3, "b");
}, "t2").start();
// t3线程，如果当前状态是3，就打印c，下一个线程的状态是1
new Thread(() -> {
print(3, 1, "c");
}, "t3").start();
}
}
交替打印变式
准备三个线程t1、t2和t3，其中 t1 线程打印a，t2 线程打印 b，t3 线程打印 c，交替打印 abcabc...
思路一：wait - notify
定义一个全局变量 state 来实现按顺序打印，使用wait - notify机制来处理条件不满足时等待释放锁，满足时打印并唤醒所有处于等待的线程；
@Slf4j
public class AlternatePrint {
// 初始状态为1
private static int state = 1;
private static int loopNumber = 5;
private static Object obj = new Object();
public static void print(int waitState, int nextState, String str) {
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
synchronized (obj) {
// 当前获得锁的线程状态不是 state，等待释放锁
while(state != waitState) {
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 当前获得锁的线程状态就是 state，打印要打印的字符串
log.debug(str);
// 打印完，轮到下一个线程打印了，把状态改成 nextState，确保下一次打印的线程的状态一定是 nextState
state = nextState; // syn 保证可见性
obj.notifyAll();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
// t1线程，如果当前状态是1，就打印a，下一个线程的状态是2
new Thread(() -> {
print(1, 2, "a");
}, "t1").start();
// t2线程，如果当前状态是2，就打印b，下一个线程的状态是3
new Thread(() -> {
print(2, 3, "b");
}, "t2").start();
// t3线程，如果当前状态是3，就打印c，下一个线程的状态是1
new Thread(() -> {
print(3, 1, "c");
}, "t3").start();
}
}
思路二：Lock条件变量
使用 ReentrantLock中的条件变量 Condition 实现等待唤醒机制，每次只会有一个线程在打印，而其他两个线程在各自的休息室等待（可以把创建出来的Condition 对象 理解成线程休息室）；
刚开始运行时，三个线程都会在各自的休息室等待，所以这个时候需要有一个发起者，就让主线程发起，唤醒a休息室中等待的线程 t1；
@Slf4j
public class AlternatePrint1 extends ReentrantLock {
private int loopNumber; // 循环次数
public AlternatePrint1(int loopNumber) {
this.loopNumber = loopNumber;
}
/**
* @param cur 进入哪一件休息室等待
* @param next cur休息室的线程打印完后，要唤醒下一个休息室中等待的线程
* @param str 要打印的字符串
*/
public void print(Condition cur, Condition next, String str) {
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
this.lock();
try {
cur.await(); // 每个线程获取锁进来，直接去各自的休息室等待
log.debug(str);
next.signal(); // 唤醒下一间休息室的线程
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
this.unlock();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建对象，设置打印次数为5
AlternatePrint1 ap = new AlternatePrint1(5);
// 为三个线程分别创建三个休息室
Condition a = ap.newCondition();
Condition b = ap.newCondition();
Condition c = ap.newCondition();
new Thread(() -> {
ap.print(a, b, "a");
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
ap.print(b, c, "b");
}, "t2").start();
new Thread(() -> {
ap.print(c, a, "c");
}, "t3").start();
// 以上三个线程都去各自的休息室等待去了，1s之后，主线程唤醒a休息室中的线程
TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
try {
ap.lock();
// 让主线程先唤醒在a休息室中等待的线程
a.signal();
} finally {
ap.unlock();
}
}
}
