LeetCode多线程总结
1.LeetCode 1114 按序打印
题目：设计修改程序，以确保 two() 方法在 one() 方法之后被执行，three() 方法在 two() 方法之后被执行。
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方法1： 用两个boolean变量flag1和flag2控制，当第一个线程结束，flag1=true； 线程2只有当flag1=true时，才能执行； 线程3只有当flag2=true时，才能执行。 |
class Foo {
public Foo() {
}
Thread t1,t2;
boolean flag1 = false;
boolean flag2 = false;
public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
// printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
// t1 = Thread.currentThread();
printFirst.run();
flag1 = true;
}
public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
// printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
while(!flag1){}
printSecond.run();
flag2 = true;
}
public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
// printThird.run() outputs "third". Do not change or remove this line.
while(!flag2){}
// t2.join();
printThird.run();
}
}
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方法2：join 获取执行first的线程t1和执行second的线程t2，t1和t2初始值为null； 当获取到t1时，t2会等到t1执行完才继续执行； 同样，t3会等到t2执行完之后，才会执行。 |
class Foo {
Thread t1,t2;
public Foo() {
}
public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
t1 = Thread.currentThread();
printFirst.run();
}
public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
while(t1 == null){};
t1.join();
t2 = Thread.currentThread();
printSecond.run();
}
public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
while(t2 == null){};
t2.join();
printThird.run();
}
}
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方法3：wait/notifyAll 使用整型变量mark控制线程2和线程3的执行顺序， wait/notifyAll方法需要配合synchronized代码块使用，线程1执行之后，会释放锁。 |
class Foo {
private int mark = 0;
private Object lock = new Object();
public Foo() {
}
public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
synchronized(lock){
printFirst.run();
mark = 1;
lock.notifyAll();
}
}
public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
synchronized(lock){
while (mark != 1){ lock.wait(); }
printSecond.run();
mark = 2;
lock.notifyAll();
}
}
public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
synchronized(lock){
while (mark != 2){ lock.wait(); }
printThird.run();
// lock.notifyAll();
}
}
}
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方法4：CountDownLatch 用两个CountDownLatch实现，当第一个线程执行完毕，latch1减1为0，线程2就会被激活，当线程2执行完成，latch2减1为0，线程3就会被激活。 |
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
class Foo {
CountDownLatch latch1 = new CountDownLatch(1);
CountDownLatch latch2 = new CountDownLatch(1);
public Foo() {
}
public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
printFirst.run();
latch1.countDown();
}
public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
latch1.await();
printSecond.run();
latch2.countDown();
}
public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
latch2.await();
printThird.run();
}
}
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2.Leetcode 1195 交替打印字符串
题目：编写一个可以从 1 到 n 输出代表这个数字的字符串的程序，但是：
- 如果这个数字可以被 3 整除，输出 "fizz"。
- 如果这个数字可以被 5 整除，输出 "buzz"。
- 如果这个数字可以同时被 3 和 5 整除，输出 "fizzbuzz"。
请你实现一个有四个线程的多线程版 FizzBuzz， 同一个 FizzBuzz 实例会被如下四个线程使用：
- 线程A将调用 fizz() 来判断是否能被 3 整除，如果可以，则输出 fizz。
- 线程B将调用 buzz() 来判断是否能被 5 整除，如果可以，则输出 buzz。
- 线程C将调用 fizzbuzz() 来判断是否同时能被 3 和 5 整除，如果可以，则输出 fizzbuzz。
- 线程D将调用 number() 来实现输出既不能被 3 整除也不能被 5 整除的数字。
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方法1：wait/notifyAll 给出一个数n，要遍历从1到n所有的数，这里用mark来表示每次遍历到的数， 4个线程之间是并行关系， 线程A的功能是找到只能被3且不能被5整除的数，否则就等待； 线程B的功能是找到只能被5且不能被3整除的数，否则就等待； 线程C的功能是找到只能被15整除的数，否则就等待； 线程D的功能是找到不能被3或5整除的数，否则就等待； |
class FizzBuzz {
private int n;
private int mark = 1;
private Object lock = new Object();
public FizzBuzz(int n) {
this.n = n;
}
// printFizz.run() outputs "fizz".
public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
while(mark <= n){
synchronized(lock){
if (mark % 3 != 0 || mark % 5 == 0){ // 不能被3整除 或 能被5整除
lock.wait();
continue;
}else{
printFizz.run();
mark += 1;
lock.notifyAll();
}
}
}
}
// printBuzz.run() outputs "buzz".
public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
while(mark <= n){
synchronized(lock){
if (mark % 5 != 0 || mark % 3 == 0){ // 不能被5整除 或 能被3整除
lock.wait();
continue;
}else{
printBuzz.run();
mark += 1;
lock.notifyAll();
}
}
}
}
// printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
while(mark <= n){
synchronized(lock){
if (mark % 15 != 0){ // 能被15整除
lock.wait();
continue;
}else{
printFizzBuzz.run();
mark += 1;
lock.notifyAll();
}
}
}
}
// printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
while(mark <= n){
synchronized(lock){
if (mark % 3 == 0 || mark % 5 == 0){ // 能被3整除 或 能被5整除
lock.wait();
continue;
}else{
printNumber.accept(mark);
mark += 1;
lock.notifyAll();
}
}
}
}
}
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方法2：semaphore 利用4个信号量实现，其中用number线程充当入口（信号量初始为1）； 在number线程中先判断数字满足哪一个条件，如果满足其一，就将对应的信号量+1， 使得对应的线程获取到信号量，执行输出语句，然后释放number的信号量。 |
class FizzBuzz {
private int n;
private int mark = 0;
private final Semaphore fizzSema = new Semaphore(0);
private final Semaphore buzzSema = new Semaphore(0);
private final Semaphore fizzbuzzSema = new Semaphore(0);
//最开始只有number线程能够执行，其他线程的执行都受number线程的控制
private final Semaphore numberSema = new Semaphore(1);
public FizzBuzz(int n) {
this.n = n;
}
// printFizz.run() outputs "fizz".
public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
while(true){
fizzSema.acquire();
if(mark > n){break;}
printFizz.run();
numberSema.release();
}
}
// printBuzz.run() outputs "buzz".
public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
while(true){
buzzSema.acquire();
if(mark > n){break;}
printBuzz.run();
numberSema.release();
}
}
// printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
while(true){
fizzbuzzSema.acquire();
if(mark > n){break;}
printFizzBuzz.run();
numberSema.release();
}
}
// printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
while(mark <= n){
numberSema.acquire();
mark += 1;
if(mark > n){break;}
if(mark % 3 == 0 && mark % 5 != 0){
fizzSema.release();
}else if(mark % 5 == 0 && mark % 3 != 0){
buzzSema.release();
}else if(mark % 15 == 0){
fizzbuzzSema.release();
}else{
printNumber.accept(mark);
numberSema.release();
}
}
// mark > n后，释放其他信号量使他们可以各自终止线程
fizzSema.release();
buzzSema.release();
fizzbuzzSema.release();
}
}
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3.Leetcode 1115 交替打印FooBar
题目：我们提供一个类：
class FooBar {
public void foo() {
for (int i = 0; i < n; i++) {
print("foo");
}
}
public void bar() {
for (int i = 0; i < n; i++) {
print("bar");
}
}
}
两个不同的线程将会共用一个 FooBar 实例。其中一个线程将会调用 foo() 方法，另一个线程将会调用 bar() 方法。
请设计修改程序，以确保 "foobar" 被输出 n 次。
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方法1：boolean变量+yield 用boolean变量isPrint控制线程先后，这里不用isPrint，执行会超时。 |
class FooBar {
private int n;
private boolean isPrint;
public FooBar(int n) {
this.n = n;
}
public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
// printFoo.run() outputs "foo". Do not change or remove this line.
while(isPrint){
Thread.yield();
}
printFoo.run();
isPrint = true;
}
}
public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
while(!isPrint){
Thread.yield();
}
// printBar.run() outputs "bar". Do not change or remove this line.
printBar.run();
isPrint = false;
}
}
}
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方法2：wait/notify 用布尔型变量isPrint来控制两个线程的调用顺序 |
class FooBar {
private int n;
private boolean isPrint = false;
public FooBar(int n) {
this.n = n;
}
public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
synchronized(this){
while(isPrint){ //超过两个线程要用while，两个线程可以用if代替while
this.wait();
}
printFoo.run();
isPrint = true;
this.notify();
}
}
}
public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
synchronized(this){
while(!isPrint){
this.wait();
}
printBar.run();
isPrint = false;
this.notify();
}
}
}
}
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方法3：CountDownLatch 用两个CountDownLatch相互限制 |
class FooBar {
private int n;
private CountDownLatch countFoo;
private CountDownLatch countBar;
public FooBar(int n) {
this.n = n;
countFoo = new CountDownLatch(0);
countBar = new CountDownLatch(1);
}
public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
// printFoo.run() outputs "foo". Do not change or remove this line.
countFoo.await();
printFoo.run();
countFoo = new CountDownLatch(1);
countBar.countDown();
}
}
public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
// printBar.run() outputs "bar". Do not change or remove this line.
countBar.await();
printBar.run();
countBar = new CountDownLatch(1);
countFoo.countDown();
}
}
}
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方法4：semaphore 两个线程互相控制对方的信号量，当一个线程执行完，释放另一个线程的信号量，并且等待自己的信号量。 |
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class FooBar {
private int n;
//here is the full path, or maybe cann't compile in leetcode.
Semaphore semaphoreFoo=new Semaphore(0);
Semaphore semaphoreBar=new Semaphore(0);
public FooBar(int n) {
this.n = n;
}
public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
printFoo.run();
//由于下面阻塞了，所以这里变为0，下面的方法就能继续执行
semaphoreBar.release();
//这里让他等一会，等到bar()执行完
semaphoreFoo.acquire();
}
}
public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
// 进来先变为1，就会等上面的release()使他变为0，才进行，所以肯定在foo之后。
semaphoreBar.acquire();
printBar.run();
//bar()执行完了，就让foo()继续。
semaphoreFoo.release();
}
}
}
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4.Leetcode 1116 打印零与奇偶数
题目：假设有这么一个类：
class ZeroEvenOdd {
public ZeroEvenOdd(int n) { ... } // 构造函数
public void zero(printNumber) { ... } // 仅打印出 0
public void even(printNumber) { ... } // 仅打印出 偶数
public void odd(printNumber) { ... } // 仅打印出 奇数
}
相同的一个 ZeroEvenOdd 类实例将会传递给三个不同的线程：
- 线程 A 将调用 zero()，它只输出 0 。
- 线程 B 将调用 even()，它只输出偶数。
- 线程 C 将调用 odd()，它只输出奇数。
每个线程都有一个 printNumber 方法来输出一个整数。请修改给出的代码以输出整数序列 010203040506... ，其中序列的长度必须为 2n。
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方法1：semaphore 设置3个semaphore 先执行zeroSema输出0，再判断奇偶数； 如果是奇数就执行evenSema，计算1,3,5,...,n； 如果是偶数就执行oddSema，计算2,4,6,...,n; 每次奇偶数进程执行后，释放zeroSema，重新判断奇偶数。 |
package 多线程.leetcode;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.function.IntConsumer;
/**
* 功能描述：打印0与奇偶数
*
* @author nxf
* @since 2020-06-10
*/
class ZeroEvenOdd2 {
private int n;
private Semaphore zeroSema = new Semaphore(1);
private Semaphore evenSema = new Semaphore(0);
private Semaphore oddSema = new Semaphore(0);
public ZeroEvenOdd2(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++){
zeroSema.acquire();
printNumber.accept(0);
if(i % 2 == 0){
evenSema.release();
} else{
oddSema.release();
}
}
}
public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
for(int i=2; i <= n; i+=2){
evenSema.acquire();
printNumber.accept(i);
zeroSema.release();
}
}
public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
for(int i=1; i <= n; i+=2){
oddSema.acquire();
printNumber.accept(i);
zeroSema.release();
}
}
public static void main(String[] args) {
try {
char integer = (char) System.in.read();
System.out.println("传入n: " + integer);
int input = (char) integer - (char) '0';
ZeroEvenOdd zeroEvenOdd = new ZeroEvenOdd(input);
IntConsumer intConsumer = value -> System.out.println(value);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
zeroEvenOdd.zero(intConsumer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
zeroEvenOdd.odd(intConsumer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
zeroEvenOdd.even(intConsumer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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