多线程-按序打印

题目如下
我们提供了一个类:
public class Foo {
public void one() { print("one"); }
public void two() { print("two"); }
public void three() { print("three"); }
}

三个不同的线程将会共用一个 Foo 实例。
线程 A 将会调用 one() 方法
线程 B 将会调用 two() 方法
线程 C 将会调用 three() 方法
请设计修改程序,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。

示例 1:
输入: [1,2,3]
输出: "onetwothree"
解释:
有三个线程会被异步启动。
输入 [1,2,3] 表示线程 A 将会调用 one() 方法,线程 B 将会调用 two() 方法,线程 C 将会调用 three() 方法。
正确的输出是 "onetwothree"。

示例 2:
输入: [1,3,2]
输出: "onetwothree"
解释:
输入 [1,3,2] 表示线程 A 将会调用 one() 方法,线程 B 将会调用 three() 方法,线程 C 将会调用 two() 方法。
正确的输出是 "onetwothree"。

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/print-in-order
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  • 解法1:利用锁、成员变量来控制顺序。
    first方法直接打印one,并设置flag = 1,并唤醒其他所有线程。
    second方法 如果flag != 1 那么轮询,并等待。当first方法执行完后,那么flag = 1,此时second会执行while块之后的,即打印two,并设置flag = 2。如first执行完后,third方法先执行,因此时flag =1,那么third方法会一直在轮询。
    third方法在second执行完后,flag = 2,并唤醒其他所有线程,此时处于wait状态的只有third,因此,在second执行完后即会执行third方法。
class Foo {

    private int flag = 0;
    
    private Object lock = new Object();
    
    public Foo() {
        
    }

    public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            // printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
            printFirst.run();
            flag = 1;
            lock.notifyAll();
        }
    }

    public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            while(flag != 1) {
                lock.wait();
            }
            // printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
            printSecond.run();
            flag = 2;
            lock.notifyAll();
        }
    }

    public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            while(flag != 2) {
                lock.wait();
            }
            printThird.run();
        }
    }
}
  • 解法2:利用CountDownLatch
    CountDownLatch是java.util.concurrent包下面的一个工具类,可以用来协调多个线程之间的同步,或者说起到线程之间的通信(而不是用作互斥的作用)。 它可以允许一个或者多个线程等待其他线程完成操作。
    简单点说,直到CountDownLatch里面计数为0才执行所有线程。

首先初始化两个数量均为1的计数器
first方法,在执行cdla.countDown();之后 cdla 计数为0。
second方法,cdla.await(); 如果cdla里计数不为0,那么会一直阻塞在此,直到cdla计数为0,即first方法执行完之后,才会通过。此时再执行cdlb.countDown();,cdlb计数为0。
third方法cdlb.await();如果cdlb里计数不为0,那么会一直阻塞在此,直到cdlb计数为0,即second方法执行完之后。
···
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

class Foo {

private CountDownLatch cdla;
private CountDownLatch cdlb;
public Foo() {
    cdla = new CountDownLatch(1);
    cdlb = new CountDownLatch(1);
}

public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
    // printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
    printFirst.run();
    cdla.countDown();
}

public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
    cdla.await();
    // printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
    printSecond.run();
    cdlb.countDown();
}

public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
    cdlb.await();
    printThird.run();
}

}
···

  • 解法3:利用信号量Semaphore
    Semaphore 是 synchronized 的加强版,作用是控制线程的并发数量。
    如果我们设置Semaphore 里初始值为0,就是一开始使线程阻塞从而完成其他执行。
    原理和CountDownLatch 差不多。
    first方法直接释放(初始值为0,是可以释放的)。
    second方法在最开始会获取spa,只有first方法执行完之后,才能在此处获取到,即只有first执行完之后才会执行second。并释放spb。
    third方法在最开始会获取spb,spb释放是在second执行完之后,因此只有在second执行完之后才会执行third。
class Foo {

    private Semaphore spa, spb;
    public Foo() {
        spa = new Semaphore(0);
        spb = new Semaphore(0);
    }

    public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
        // printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
        printFirst.run();
        spa.release();
    }

    public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
        spa.acquire();
        // printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
        printSecond.run();
        spb.release();
    }

    public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
        spb.acquire();
        printThird.run();
    }
}

测试代码

public class Thread0001 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Foo foo = new Foo();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                foo.first(() -> {
                    System.out.println("one");
                });
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                foo.second(() -> {
                    System.out.println("two");
                });
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            try {
                foo.third(() -> {
                    System.out.println("three");
                });
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

结果:无论执行多少次均需一致


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