多线程同步循环打印和Guarded suspension 模式

 * 迅雷笔试题：
 * 有三个线程ID分别是A、B、C,请有多线编程实现，在屏幕上循环打印10次ABCABC… 

由于线程执行的不确定性，要保证这样有序的输出，必须控制好多线程的同步。

线程同步有两种基本方法：synchronized

（2）    wait,notify,notifyAll

 

/**
 * 锁码：公共数据区
 * 码值：码值为A，表示应该由A线程来执行，B,C线程等待
 *      码值为B,C同理。
 */
class LockCode{
    /**当前锁码码值，初始码值为A，表示最初由A线程运行*/
    private char code='A';
    /**单例模式*/
    private LockCode(){
    }
    
    public static LockCode newInstance(){
        return new LockCode();
    }
    /**
     * 循环设置锁码
     * 每一次调用，锁码按照A-B-C-A-...-的顺序循环往复
     */
    public void setCode(){
        this.code=(char)(this.code+1);
        if(this.code=='D')
            this.code='A';
    }
    /**
     * 得到锁码
     */
    public char getCode(){
        return this.code;
    }
}
/**
 * 完成打印工作的线程类
 */
class PrintRunnable implements Runnable{
    /**需要打印的字符*/
    private char character='?';
    /**公共锁码*/
    private LockCode lockCode=null;
    
    PrintRunnable(char c,LockCode l){
        this.character=c;
        this.lockCode=l;
    }
    /**
     * 线程执行
     */
    public void run() {
        int loopCount=1;
        while(loopCount<=10){
            synchronized(lockCode){//线程同步操作锁码
                try{
                    //如果当前运行的线程并不等于当前锁码的码值，则改线程等待
                    //比如当前运行线程是A，但是码值为B，则A线程等待。
                    while(lockCode.getCode()!=this.character)
                        lockCode.wait();
                    //码值匹配成功，打印字符
                    System.out.print(this.character);
                    //循环10次记数
                    loopCount++;
                    //设置码值，让下一个线程可以运行
                    lockCode.setCode();
                    //让其他所有等待线程激活
                    lockCode.notifyAll();
                }catch(InterruptedException e){  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }
        }
    }
    
}
/**
 * 测试
 */
public class ThreadLoopPrint {
    
    public static void main(String[] args) {
        LockCode lockCode=LockCode.newInstance();//公共锁码
        Thread ta=new Thread(new PrintRunnable('A',lockCode));
        Thread tb=new Thread(new PrintRunnable('B',lockCode));
        Thread tc=new Thread(new PrintRunnable('C',lockCode));
        ta.start();
        tb.start();    
        tc.start();
    }
}

上面的模式叫：Guarded Suspension模式。

（参考：http://www.riabook.cn/doc/designpattern/GuardedSuspension.htm

先要考虑到，缓冲区会同时被两个以上的执行绪进行存取，即伺服器的请求处理执行绪与客户端执行绪，所以必须对缓冲区进行防护。

再来是当缓冲区中没有请求时，伺服器必须等待直到被通知有新的请求。

Guarded Suspension模式关注的是执行的流程架构，以Java来实现这个架构的话如下所示： 

• RequestQueue.java

public class RequestQueue {
    private java.util.LinkedList queue;
    public RequestQueue() {
        queue = new java.util.LinkedList();
    }

    public synchronized Request getRequest() {
        while(queue.size() <= 0) {
            try {
                wait();
            }
            catch(InterruptedException e) {}
        }
        return (Request) queue.removeFirst();
    }

    public synchronized void putRequest(Request request) {
        queue.addLast(request);
        notifyAll();
    }
} 

一个例子是多人聊天伺服器，请求可能只是一个客户端送出的聊天讯息，聊天讯息会先存至缓冲区中，伺服器会不断的从缓冲区中取出 聊天讯息并发给客户端，如果缓冲区中没有新讯息，则伺服器就进入等待，直到有一个客户端发出聊天讯息并存入缓冲区中，此时伺服器再度被通知，然后再度取出 讯息并进行发送。

代码2：

/**
 *此代码和上面的代码有一个很大的相同点，就是都利用公共数据区中的数据变化来决定线程工作还是阻塞等待。公共数据区利用了类静态变量。因此代码简洁。
 *
 *@author jiangtao
 *@date 2010-2-27
 *@version 1.0
 */
public class MyThread extends Thread{

    public static String[] NAMES = new String[] { "A", "B", "C" };

    public static int POS = 0;

    private static final long DURATION = 1000;
    
    private int count = 10;

    public MyThread (String name) {
        this.setName(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        while (count > 0) {
            if (this.getName().equals(NAMES[POS])) {
                this.print();
                this.count--;
            }
            try {
                Thread.sleep(DURATION);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private synchronized void print() { //不要sync也可以，因为我们的if限制。
        System.out.print(this.getName());
        POS = (POS >= NAMES.length - 1 ? 0 : ++POS);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread ("A").start();
        new MyThread ("B").start();
        new MyThread ("C").start();
    }
}

转自：http://hxraid.iteye.com/blog/607228

 

lpthread解法：

有三个线程ID分别是A、B、C,请有多线编程实现，在屏幕上循环打印10次ABCABC…

引申了一下： 

有n个线程，ID为0...n-1，在屏幕上循环打印m次012..n-1 

用 c/pthread 实现 

//@Author      : idup2x@gmail.com
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>

#define GROUP_COUNT 100
#define GROUP_SIZE 4 

typedef struct {
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_cond_t cond;
    int index;
} syn_obj_t;

syn_obj_t syn_obj = {PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 
    PTHREAD_COND_INITIALIZER, 0};

typedef struct {
    int flag;
} elem_t; 

void *
thread_routine(void *arg);

int
main(int argc, char** argv)
{
    elem_t elems[GROUP_SIZE];
    pthread_t pds[GROUP_SIZE];
    int i;

    printf("syn_obj.index = %d\n", syn_obj.index);

    for (i = 0; i < GROUP_SIZE; i++) {
        elems[i].flag = i;
        if ( (pthread_create(&pds[i], NULL, thread_routine, &elems[i])) != 0 ) {
            perror("pthread create");
            exit(-1);
        }
    }

    for (i = 0; i < GROUP_SIZE; i++) {
        pthread_join(pds[i], NULL);
    }

    pthread_mutex_destroy(&syn_obj.mutex);
    pthread_cond_destroy(&syn_obj.cond);

    printf("\nsyn_obj.index = %d\n", syn_obj.index);

    return 0;
}

void *
thread_routine(void *arg) {
    elem_t *elem = (elem_t *)arg;
    int i;
    for (i = 0; i < GROUP_COUNT; i++) {
        pthread_mutex_lock(&syn_obj.mutex);
        while ( (syn_obj.index % GROUP_SIZE) != elem->flag ) {
            pthread_cond_wait(&syn_obj.cond, &syn_obj.mutex);
         }
        printf("%d", elem->flag);
        if ( 0 == (syn_obj.index+1) % GROUP_SIZE ) {
            printf("\t");
        }
        syn_obj.index++;
        pthread_cond_broadcast(&syn_obj.cond);
        // may be cause deadlock 
        // pthread_cond_signal(&syn_obj.cond);
        pthread_mutex_unlock(&syn_obj.mutex);
        // sleep(1);
    }
    return NULL;
}

root@iZ23onhpqvwZ:  ./cond2
syn_obj.index = 0
0123 0123 0123 0123 0123 0123 0123 0123 0123 0123
syn_obj.index = 40