一道編程題如下：

實(shí)例化三個(gè)線程，一個(gè)線程打印a，一個(gè)線程打印b，一個(gè)線程打印c，三個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，要求打印出10個(gè)連著的abc。

題目分析：

通過題意我們可以得出，本題需要我們使用三個(gè)線程，三個(gè)線程分別會打印6次字符，關(guān)鍵是如何保證順序一定是abc...呢。所以此題需要同步機(jī)制來解決問題！

令打印字符A的線程為ThreadA，打印B的ThreadB，打印C的為ThreadC。問題為三線程間的同步喚醒操作，主要的目的就是使程序按ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循環(huán)執(zhí)行三個(gè)線程，因此本人整理出了三種方式來解決此問題。

一、通過兩個(gè)鎖(不推薦，可讀性和安全性比較差)

package com.demo.test;/** * 基于兩個(gè)lock實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印abcabc.... * @author lixiaoxi * */public class TwoLockPrinter implements Runnable { // 打印次數(shù) private static final int PRINT_COUNT = 10; // 前一個(gè)線程的打印鎖 private final Object fontLock; // 本線程的打印鎖 private final Object thisLock; // 打印字符 private final char printChar; public TwoLockPrinter(Object fontLock, Object thisLock, char printChar) { this.fontLock = fontLock; this.thisLock = thisLock; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { // 連續(xù)打印PRINT_COUNT次 for (int i = 0; i < PRINT_COUNT; i++) { // 獲取前一個(gè)線程的打印鎖 synchronized (fontLock) {// 獲取本線程的打印鎖synchronized (thisLock) { //打印字符 System.out.print(printChar); // 通過本線程的打印鎖喚醒后面的線程 // notify和notifyall均可,因?yàn)橥粫r(shí)刻只有一個(gè)線程在等待 thisLock.notify();}// 不是最后一次則通過fontLock等待被喚醒// 必須要加判斷，不然雖然能夠打印10次，但10次后就會直接死鎖if(i < PRINT_COUNT - 1){ try { // 通過fontLock等待被喚醒 fontLock.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }} } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 打印A線程的鎖 Object lockA = new Object(); // 打印B線程的鎖 Object lockB = new Object(); // 打印C線程的鎖 Object lockC = new Object();// 打印a的線程 Thread threadA = new Thread(new TwoLockPrinter(lockC, lockA, ’A’)); // 打印b的線程 Thread threadB = new Thread(new TwoLockPrinter(lockA, lockB, ’B’)); // 打印c的線程 Thread threadC = new Thread(new TwoLockPrinter(lockB, lockC, ’C’)); // 依次開啟a b c線程 threadA.start(); Thread.sleep(100); // 確保按順序A、B、C執(zhí)行 threadB.start(); Thread.sleep(100); threadC.start(); Thread.sleep(100); }}

打印結(jié)果：

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

分析：

此解法為了為了確定喚醒、等待的順序，每一個(gè)線程必須同時(shí)持有兩個(gè)對象鎖，才能繼續(xù)執(zhí)行。一個(gè)對象鎖是fontLock，就是前一個(gè)線程所持有的對象鎖，還有一個(gè)就是自身對象鎖thisLock。主要的思想就是，為了控制執(zhí)行的順序，必須要先持有fontLock鎖，也就是前一個(gè)線程要釋放掉前一個(gè)線程自身的對象鎖，當(dāng)前線程再去申請自身對象鎖，兩者兼?zhèn)鋾r(shí)打印，之后首先調(diào)用thisLock.notify()釋放自身對象鎖，喚醒下一個(gè)等待線程，再調(diào)用fontLock.wait()釋放prev對象鎖，暫停當(dāng)前線程，等待再次被喚醒后進(jìn)入循環(huán)。運(yùn)行上述代碼，可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)線程循環(huán)打印ABC，共10次。程序運(yùn)行的主要過程就是A線程最先運(yùn)行，持有C，A對象鎖，后釋放A鎖，喚醒B。線程B等待A鎖，再申請B鎖，后打印B，再釋放B鎖，喚醒C，線程C等待B鎖，再申請C鎖，后打印C，再釋放C鎖，喚醒A。看起來似乎沒什么問題，但如果你仔細(xì)想一下，就會發(fā)現(xiàn)有問題，就是初始條件，三個(gè)線程按照A，B，C的順序來啟動，按照前面的思考，A喚醒B，B喚醒C，C再喚醒A。但是這種假設(shè)依賴于JVM中線程調(diào)度、執(zhí)行的順序，所以需要手動控制他們?nèi)齻€(gè)的啟動順序，即Thread.Sleep(100)。

二、通過一個(gè)ReentrantLock和三個(gè)conditon實(shí)現(xiàn)(推薦，安全性，性能和可讀性較高)

package com.demo.test;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/** * 基于一個(gè)ReentrantLock和三個(gè)conditon實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印abcabc... * @author lixiaoxi * */public class RcSyncPrinter implements Runnable{ // 打印次數(shù) private static final int PRINT_COUNT = 10; // 打印鎖 private final ReentrantLock reentrantLock; // 本線程打印所需的condition private final Condition thisCondtion; // 下一個(gè)線程打印所需要的condition private final Condition nextCondtion; // 打印字符 private final char printChar; public RcSyncPrinter(ReentrantLock reentrantLock, Condition thisCondtion, Condition nextCondition, char printChar) { this.reentrantLock = reentrantLock; this.nextCondtion = nextCondition; this.thisCondtion = thisCondtion; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { // 獲取打印鎖 進(jìn)入臨界區(qū) reentrantLock.lock(); try { // 連續(xù)打印PRINT_COUNT次 for (int i = 0; i < PRINT_COUNT; i++) {//打印字符System.out.print(printChar);// 使用nextCondition喚醒下一個(gè)線程// 因?yàn)橹挥幸粋€(gè)線程在等待，所以signal或者signalAll都可以nextCondtion.signal();// 不是最后一次則通過thisCondtion等待被喚醒// 必須要加判斷，不然雖然能夠打印10次，但10次后就會直接死鎖if (i < PRINT_COUNT - 1) { try { // 本線程讓出鎖并等待喚醒 thisCondtion.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }} } } finally { // 釋放打印鎖 reentrantLock.unlock(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 寫鎖 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 打印a線程的condition Condition conditionA = lock.newCondition(); // 打印b線程的condition Condition conditionB = lock.newCondition(); // 打印c線程的condition Condition conditionC = lock.newCondition(); // 實(shí)例化A線程 Thread printerA = new Thread(new RcSyncPrinter(lock, conditionA, conditionB, ’A’)); // 實(shí)例化B線程 Thread printerB = new Thread(new RcSyncPrinter(lock, conditionB, conditionC, ’B’)); // 實(shí)例化C線程 Thread printerC = new Thread(new RcSyncPrinter(lock, conditionC, conditionA, ’C’)); // 依次開始A B C線程 printerA.start(); Thread.sleep(100); printerB.start(); Thread.sleep(100); printerC.start(); }}

打印結(jié)果：

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

分析：

仔細(xì)想想本問題，既然同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程打印字符，那我們?yōu)槭裁床皇褂靡粋€(gè)同步鎖ReentrantLock？線程之間的喚醒操作可以通過Condition實(shí)現(xiàn)，且Condition可以有多個(gè)，每個(gè)condition.await阻塞只能通過該condition的signal/signalall來喚醒！這是synchronized關(guān)鍵字所達(dá)不到的，那我們就可以給每個(gè)打印線程一個(gè)自身的condition和下一個(gè)線程的condition，每次打印字符后，調(diào)用下一個(gè)線程的condition.signal來喚醒下一個(gè)線程，然后自身再通過自己的condition.await來釋放鎖并等待喚醒。

三、通過一個(gè)鎖和一個(gè)狀態(tài)變量來實(shí)現(xiàn)（推薦）

package com.demo.test;/** * 基于一個(gè)鎖和一個(gè)狀態(tài)變量實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印abcabc... * @author lixiaoxi * */public class StateLockPrinter { //狀態(tài)變量 private volatile int state=0; // 打印線程 private class Printer implements Runnable { //打印次數(shù) private static final int PRINT_COUNT=10; //打印鎖 private final Object printLock; //打印標(biāo)志位 和state變量相關(guān) private final int printFlag; //后繼線程的線程的打印標(biāo)志位，state變量相關(guān) private final int nextPrintFlag; //該線程的打印字符 private final char printChar; public Printer(Object printLock, int printFlag,int nextPrintFlag, char printChar) { super(); this.printLock = printLock; this.printFlag=printFlag; this.nextPrintFlag=nextPrintFlag; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { //獲取打印鎖 進(jìn)入臨界區(qū) synchronized (printLock) {//連續(xù)打印PRINT_COUNT次for(int i=0;i<PRINT_COUNT;i++){ //循環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)志位 每次都阻塞然后等待喚醒 while (state!=printFlag) { try { printLock.wait(); } catch (InterruptedException e) { return; } } //打印字符 System.out.print(printChar); //設(shè)置狀態(tài)變量為下一個(gè)線程的標(biāo)志位 state=nextPrintFlag; //注意要notifyall，不然會死鎖，因?yàn)閚otify只通知一個(gè)， //但是同時(shí)等待的是兩個(gè),如果喚醒的不是正確那個(gè)就會沒人喚醒，死鎖了 printLock.notifyAll();} } } } public void test() throws InterruptedException{ //鎖 Object lock=new Object(); //打印A的線程 Thread threadA=new Thread(new Printer(lock, 0,1, ’A’)); //打印B的線程 Thread threadB=new Thread(new Printer(lock, 1,2, ’B’)); //打印C的線程 Thread threadC=new Thread(new Printer(lock, 2,0, ’C’)); //一次啟動A B C線程 threadA.start(); Thread.sleep(1000); threadB.start(); Thread.sleep(1000); threadC.start(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException {StateLockPrinter print = new StateLockPrinter(); print.test(); } }

打印結(jié)果：

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

分析：

狀態(tài)變量是一個(gè)volatile的整型變量，0代表打印a，1代表打印b，2代表打印c，三個(gè)線程都循環(huán)檢驗(yàn)標(biāo)志位，通過阻塞前和阻塞后兩次判斷可以確保當(dāng)前打印的正確順序，隨后線程打印字符，然后設(shè)置下一個(gè)狀態(tài)字符，喚醒其它線程，然后重新進(jìn)入循環(huán)。

補(bǔ)充題

三個(gè)Java多線程循環(huán)打印遞增的數(shù)字，每個(gè)線程打印5個(gè)數(shù)值，打印周期1-75，同樣的解法：

package com.demo.test;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/** * 數(shù)字打印，三個(gè)線程同時(shí)打印數(shù)字，第一個(gè)線程打印12345，第二個(gè)線程打印678910 ......... * @author lixiaoxi * */public class NumberPrinter { //打印計(jì)數(shù)器 private final AtomicInteger counter=new AtomicInteger(0); private class Printer implements Runnable{ //總共需要打印TOTAL_PRINT_COUNT次 private static final int TOTAL_PRINT_COUNT = 5; //每次打印PER_PRINT_COUNT次 private static final int PER_PRINT_COUNT = 5; //打印鎖 private final ReentrantLock reentrantLock; //前一個(gè)線程的condition private final Condition afterCondition; //本線程的condition private final Condition thisCondtion;public Printer(ReentrantLock reentrantLock, Condition thisCondtion,Condition afterCondition) { super(); this.reentrantLock = reentrantLock; this.afterCondition = afterCondition; this.thisCondtion = thisCondtion; } @Override public void run() { //進(jìn)入臨界區(qū) reentrantLock.lock(); try {//循環(huán)打印TOTAL_PRINT_COUNT次for(int i=0;i<TOTAL_PRINT_COUNT;i++){ //打印操作 for(int j=0;j<PER_PRINT_COUNT;j++){ //以原子方式將當(dāng)前值加 1。 //incrementAndGet返回的是新值（即加1后的值） System.out.println(counter.incrementAndGet()); } //通過afterCondition通知后面線程 afterCondition.signalAll(); if(i < TOTAL_PRINT_COUNT - 1){ try { //本線程釋放鎖并等待喚醒 thisCondtion.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }} } finally {reentrantLock.unlock(); } } } public void test() throws InterruptedException { //打印鎖 ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock(); //打印A線程的Condition Condition conditionA=reentrantLock.newCondition(); //打印B線程的Condition Condition conditionB=reentrantLock.newCondition(); //打印C線程的Condition Condition conditionC=reentrantLock.newCondition(); //打印線程A Thread threadA=new Thread(new Printer(reentrantLock,conditionA, conditionB)); //打印線程B Thread threadB=new Thread(new Printer(reentrantLock, conditionB, conditionC)); //打印線程C Thread threadC=new Thread(new Printer(reentrantLock, conditionC, conditionA)); // 依次開啟a b c線程 threadA.start(); Thread.sleep(100); threadB.start(); Thread.sleep(100); threadC.start(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { NumberPrinter print = new NumberPrinter(); print.test(); }}

運(yùn)行結(jié)果：

2468101214161820222426283032343638404244464850525456586062646668707274

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