華爲和阿里都考過的多線程編程題，你會嗎？多線程交替打印 ABC的多種實現方法
題目描述以下：java
編寫一個程序，開啓三個線程，這三個線程的 ID 分別是 A、B 和 C，每一個線程把本身的 ID 在屏幕上打印 10 遍，要求輸出結果必須按 ABC 的順序顯示，如 ABCABCABC... 依次遞推
這是一道經典的多線程編程面試題，首先吐槽一下，這道題的需求非常奇葩，先開啓多線程，而後再串行打印 ABC，這不是吃飽了撐的嗎？不過既然是道面試題，就無論這些了，其目的在於考察你的多線程編程基礎。就這道題，你要是寫不出個三四種解法，你都很差意思說你學過多線程。哈哈開玩笑，下面就爲你介紹一下本題的幾種解法。面試
一、最簡單的方法——使用 LockSupport
LockSupport 是java.util.concurrent.locks包下的工具類，它的靜態方法unpark()和park()能夠分別實現阻塞當前線程和喚醒指定線程的效果，因此用它解決這樣的問題簡直是小菜一碟，代碼以下：shell
public class PrintABC {
static Thread threadA, threadB, threadC;
public static void main(String[] args) {
threadA = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 打印當前線程名稱
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
// 喚醒下一個線程
LockSupport.unpark(threadB);
// 當前線程阻塞
LockSupport.park();
}
}, "A");
threadB = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 先阻塞等待被喚醒
LockSupport.park();
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
// 喚醒下一個線程
LockSupport.unpark(threadC);
}
}, "B");
threadC = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 先阻塞等待被喚醒
LockSupport.park();
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
// 喚醒下一個線程
LockSupport.unpark(threadA);
}
}, "C");
threadA.start();
threadB.start();
threadC.start();
}
}
執行結果以下：編程
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC Process finished with exit code 0
二、最傳統的方法——使用synchronized 鎖機制
這種方法就是直接使用 Java 的 synchronized 關鍵字，配合 Object 的 wait()和notifyAll()方法實現線程交替打印的效果，不過這種寫法的複雜度和代碼量都偏大。因爲notify()和notifyAll()方法都不能喚醒指定的線程，因此須要三個布爾變量對線程執行順序進行控制。另外要注意的就是，for 循環中的 i++須要在線程打印以後執行，不然每次被喚醒後，不論是不是輪到當前線程打印都會執行i++，這顯然不是咱們想要的。代碼以下 (通常B、C線程和A線程的執行邏輯相似，只在A線程代碼中進行詳細註釋說明)：多線程
public class PrintABC {
// 使用布爾變量對打印順序進行控制，true表示輪到當前線程打印
private static boolean startA = true;
private static boolean startB = false;
private static boolean startC = false;
public static void main(String[] args) {
// 做爲鎖對象
final Object o = new Object();
// A線程
new Thread(() -> {
synchronized (o) {
for (int i = 0; i < 10; ) {
if (startA) {
// 表明輪到當前線程打印
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
// 下一個輪到B打印，因此把startB置爲true，其它爲false
startA = false;
startB = true;
startC = false;
// 喚醒其餘線程
o.notifyAll();
// 在這裏對i進行增長操做
i++;
} else {
// 說明沒有輪到當前線程打印，繼續wait
try {
o.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}, "A").start();
// B線程
new Thread(() -> {
synchronized (o) {
for (int i = 0; i < 10; ) {
if (startB) {
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
startA = false;
startB = false;
startC = true;
o.notifyAll();
i++;
} else {
try {
o.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}, "B").start();
// C線程
new Thread(() -> {
synchronized (o) {
for (int i = 0; i < 10; ) {
if (startC) {
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
startA = true;
startB = false;
startC = false;
o.notifyAll();
i++;
} else {
try {
o.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}, "C").start();
}
}
執行結果以下：併發
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC Process finished with exit code 0
三、使用 Lock 搭配 Condition 實現
使用 synchronized 鎖機制的寫法着實有些複雜，何不試試 ReentrantLock？這是java.util.concurrent.locks包下的鎖實現類，它擁有更靈活的 API，可以對多線程執行流程實現更精細的控制，特別是在搭配 Condition 使用的狀況下，能夠爲所欲爲地控制多個線程的執行順序，來看看這個組合在本題中的使用吧，代碼以下：工具
public class PrintABC {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 使用ReentrantLock的newCondition()方法建立三個Condition
// 分別對應A、B、C三個線程
Condition conditionA = lock.newCondition();
Condition conditionB = lock.newCondition();
Condition conditionC = lock.newCondition();
// A線程
new Thread(() -> {
try {
lock.lock();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
// 叫醒B線程
conditionB.signal();
// 本線程阻塞
conditionA.await();
}
// 這裏有個坑，要記得在循環以後調用signal()，不然線程可能會一直處於
// wait狀態，致使程序沒法結束
conditionB.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 在finally代碼塊調用unlock方法
lock.unlock();
}
}, "A").start();
// B線程
new Thread(() -> {
try {
lock.lock();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
conditionC.signal();
conditionB.await();
}
conditionC.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}, "B").start();
// C線程
new Thread(() -> {
try {
lock.lock();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
conditionA.signal();
conditionC.await();
}
conditionA.signal();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}, "C").start();
}
}
執行結果以下：ui
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC Process finished with exit code 0
四、使用 Semaphore 實現
semaphore中文意思是信號量，本來是操做系統中的概念，JUC下也有個 Semaphore 的類，可用於控制併發線程的數量。Semaphore 的構造方法有個 int 類型的 permits 參數，以下：操作系統
public Semaphore(int permits) {...}
其中 permits 指的是該 Semaphore 對象可分配的許可數，一個線程中的 Semaphore 對象調用acquire()方法可讓線程獲取許可繼續運行，同時該對象的許可數減一，若是當前沒有可用許可，線程會阻塞。該 Semaphore 對象調用release()方法能夠釋放許可，同時其許可數加一。Talk is cheap, show me the code!線程
public class PrintABC {
public static void main(String[] args) {
// 初始化許可數爲1，A線程能夠先執行
Semaphore semaphoreA = new Semaphore(1);
// 初始化許可數爲0，B線程阻塞
Semaphore semaphoreB = new Semaphore(0);
// 初始化許可數爲0，C線程阻塞
Semaphore semaphoreC = new Semaphore(0);
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
// A線程得到許可，同時semaphoreA的許可數減爲0,進入下一次循環時
// A線程會阻塞，知道其餘線程執行semaphoreA.release();
semaphoreA.acquire();
// 打印當前線程名稱
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
// semaphoreB許可數加1
semaphoreB.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "A").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
semaphoreB.acquire();
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
semaphoreC.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "B").start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
semaphoreC.acquire();
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
semaphoreA.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "C").start();
}
}
執行結果以下：
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC Process finished with exit code 0
五、總結
本文一共介紹了四種三個線程交替打印的實現方法，其中第一種方法最簡單易懂，可是更能考察多線程編程功底的應該是第二和第三種方法，在面試中也更加分。只要把這幾種方法熟練掌握並完全理解，之後碰到此類題型就不用慌了。
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