曹工说面试题：一个线程协同问题，解法繁多，都要被玩坏了，趁着没坏，一起玩吧
前言#
最近两个月写文章很少，因为自己学习状态也不是很好，我看了下，上一篇文章，都是一个月前了。
不知道大家有没有感觉，小学初中读的一些书，看的一些文章，到现在都印象深刻，反倒是高中学的知识，高考后就慢慢消散，直到遗忘。
我想说的是，记得初中学过鲁迅的《藤野先生》，里面有一段话，大意是：久了不联系，有时候想联系，却又无从下笔，到最后就更是不了了之了。
我找了下原文：
将走的前几天，他叫我到他家里去，交给我一张照相，后面写着两个字道：“惜别”，还说希望将我的也送他。但我这时适值没有照相了;他便叮嘱我将来照了寄给他，并且时时通信告诉他此后的状况。
我离开仙台之后，就多年没有照过相，又因为状况也无聊，说起来无非使他失望，便连信也怕敢写了。经过的年月一多，话更无从说起，所以虽然有时想写信，却又难以下笔，这样的一直到现在，竟没有寄过一封信和一张照片。从他那一面看起来，是一去之后，杳无消息了。
其实写文章也是这样的，久了不写更不想写，但是心里又时时记着这么个事情，玩也不是很自在；今天先随便写一下，找下状态吧，因为现在文章可能在博客和公众号发，比如博客，一般来说会随意点，但是公众号的话，一般大家质量要求会高一些，结果就是，为了追求高质量，而非要找到一些很厉害的技术点，或者自己研究透了才动笔，这样会导致一些想法难产，因为可能觉得很简单，不值得发到公众号，实际上，很多时候都是浮于表面地觉得很简单，一旦深挖，立马就废。
扯这么多，也是给我自己，或者其他刚开始写技术公众号的同学，也不用觉得非要写的多么多么好才发出来，本来大家都是一步一步来的，各种大佬也不是一下就变成大佬的，把自己的学习过程和成长过程发出来，大家也就知道：哦，大佬原来也这么菜啊，哈哈。
比如最近看到一些算法大佬，一开始也是10道算法题，全部都要看答案的好么。。
扯了不少，言归正传吧，最近在网上看到一个面试题目，感觉挺有意思的，大意如下：
ok，大家看到这个题，可以先理解下，这里启动了两个线程，a和b，但是虽然说a在b之前start，不一定就可以保证线程a的逻辑，可以先于线程b执行，所以，这里的意思是，线程a和b，执行顺序互不干扰，我们不应该假定其中一个线程可以先于另外一个执行。
另外，既然是面试题，那常规做法自然是不用上了，比如让b先sleep几秒钟之类的，如果真这么答，那可能面试就结束了吧。
ok，我们下面开始分析解法。
可见性保证#
程序里定义了一个全局变量，var = 1；线程a会修改这个变量为2，线程b则在变量为2时，执行自己的业务逻辑。
那么，这里首先，我们要做的是，先讲var使用volatile修饰，保证多线程操作时的可见性。
public static volatile int var = 1;
解法分析#
经过前面的可见性保证的分析，我们知道，要想达到目的，其实就是要保证：
a中的对var+1的操作，需要先于b执行。
但是，现在的问题是，两个线程同时启动，不知道谁先谁后，怎么保证a先执行，b后执行呢？
让线程b先不执行，大概有两种思路，一种是阻塞该线程，一种是不阻塞该线程，阻塞的话，我们可以想想，怎么阻塞一个线程。
大概有：
- synchronized，取不到锁时，阻塞
- java.util.concurrent.locks.ReentrantLock#lock，取不到锁时，阻塞
- object.wait，取到synchronized了，但是因为一些条件不满足，执行不下去，调用wait，将释放锁，并进入等待队列，线程暂停运行
- java.util.concurrent.locks.Condition.await，和object.wait类似，只不过object.wait在jvm层面，使用c++实现，Condition.await在jdk层面使用java语言实现
- threadA.join()，等待对应的线程threadA执行完成后，本线程再继续运行；threadA没结束，则当前线程阻塞；
- CountDownLatch#await，在对应的state不为0时，阻塞
- Semaphore#acquire()，在state为0时（即剩余令牌为0时），阻塞
- 其他阻塞队列、FutureTask等等
如果不让线程进入阻塞，则一般可以让线程进入一个while循环，循环的退出条件，可以由线程a来修改，线程a修改后，线程b跳出循环。
比如：
volatile boolean stop = false;
while (!stop){
...
}
上面也说了这么多了，我们实际上手写一写吧。
错误解法1--基于wait#
下面的思路是基于wait、notify；线程b直接wait，线程a在修改了变量后，进行notify。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final Object monitor = new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
// 1
Global1.var++;
// 2
synchronized (monitor) {
monitor.notify();
}
});
Thread b = new Thread(() -> {
// 3
synchronized (monitor) {
try {
monitor.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 4
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
a.start();
b.start();
}
}
大家觉得这个代码能行吗？实际是不行的。因为实际的顺序可能是：
线程a--1
线程a--2
线程b--1
线程b--2
在线程a-2时，线程a去notify，但是此时线程b还没开始wait，所以此时的notify是没有任何效果的：没人在等，notify个锤子。
怎么修改，本方案才行得通呢？
那就是，修改线程a的代码，不要急着notify，先等等。
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (monitor) {
monitor.notify();
}
});
但是这样的话，明显不合适，有作弊嫌疑，也不优雅。
错误解法2--基于condition的signal#
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
public static final Condition condition = reentrantLock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
});
Thread b = new Thread(() -> {
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
a.start();
b.start();
}
}
这个方案使用了Condition对象来实现object的notify、wait效果。当然，这个也有同样的问题。
正确解法1--基于错误解法2进行改进#
我们看看，前面问题的根源在于，我们线程a，在去通知线程b的时候，有可能线程b还没开始wait，所以此时通知失效。
那么，我们是不是可以先等等，等线程b开始wait了，再去通知呢？
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
// 1
while (!reentrantLock.hasWaiters(condition)) {
Thread.yield();
}
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
});
1处代码，就是这个思想，在signal之前，判断当前condition上是否有waiter线程，如果没有，就死循环；如果有，才去执行signal。
这个方法实测是可行的。
正确解法2#
对正确解法1，换一个api，就变成了正确解法2.
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
// 1
while (reentrantLock.getWaitQueueLength(condition) == 0) {
Thread.yield();
}
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
});
1这里，获取condition上等待队列的长度，如果为0，说明没有等待者，则死循环。
正确解法3--基于Semaphore#
刚开始，我们初始化一个信号量，state为0. 线程b去获取信号量的时候，就会阻塞。
然后我们线程a再去释放一个信号量，此时线程b就可以继续执行。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final Semaphore semaphore = new Semaphore(0);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
semaphore.release();
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
semaphore.acquire();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法4--基于CountDownLatch#
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
countDownLatch.countDown();
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
countDownLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法5--基于BlockingQueue#
这里使用了ArrayBlockingQueue，其他的阻塞队列也是可以的。
import countdown.CountdownTest;
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Object>(1);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
arrayBlockingQueue.offer(new Object());
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
arrayBlockingQueue.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法6--基于FutureTask#
我们也可以让线程b等待一个task的执行结果；而线程a在执行完修改var为2后，执行该任务，任务执行完成后，线程b就会被通知继续执行。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final FutureTask futureTask = new FutureTask<Object>(new Callable<Object>() {
@Override
public Object call() throws Exception {
System.out.println("callable task ");
return null;
}
});
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
futureTask.run();
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
futureTask.get();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法7--基于join#
这个可能是最简洁直观的，哈哈。也是群里同学们提供的解法，真的有才！
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
a.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法8--基于CompletableFuture#
这个和第6种类似。都是基于future。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final CompletableFuture<Object> completableFuture =
new CompletableFuture<Object>();
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
completableFuture.complete(new Object());
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
completableFuture.get();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
非阻塞--正确解法9--忙等待#
这种代码量也少，只要线程b在变量为1时，死循环就行了。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
while (var == 1) {
Thread.yield();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
非阻塞--正确解法10--忙等待#
忙等待的方案很多，反正就是某个条件不满足时，不阻塞自己，阻塞了会释放cpu，我们就是不希望释放cpu的。
比如像下面这样也可以。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final AtomicInteger atomicInteger =
new AtomicInteger(1);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
atomicInteger.set(2);
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
while (true) {
boolean success = atomicInteger.compareAndSet(2, 1);
if (success) {
break;
} else {
Thread.yield();
}
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
小结#
暂时想了这么写，方案还是比较多的，大家可以开动脑筋，头脑风暴吧！我是逐日，混迹成都的老java程序猿，博客里有我更多的一些文章，大家可以看看，暂时没有迁移到公众号的打算。
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