Keeper導讀

大家在換工作面試中，除了一些常規(guī)算法題，還會遇到各種需要手寫的題目，所以打算總結出來，給大家個參考。

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第一篇打算總結下阿里最喜歡問的多個線程順序打印問題，我遇到的是機試，直接寫出運行。同類型的題目有很多，比如：

三個線程分別打印 A，B，C，要求這三個線程一起運行，打印 n 次，輸出形如“ABCABCABC....”的字符串

兩個線程交替打印 0~100 的奇偶數(shù)

通過 N 個線程順序循環(huán)打印從 0 至 100

多線程按順序調(diào)用，A->B->C，AA 打印 5 次，BB 打印10 次，CC 打印 15 次，重復 10 次

用兩個線程，一個輸出字母，一個輸出數(shù)字，交替輸出 1A2B3C4D...26Z

其實這類題目考察的都是線程間的通信問題，基于這類題目，做一個整理，方便日后手撕面試官，文明的打工人，手撕面試題。

1.使用 Lock

我們以第一題為例：三個線程分別打印 A，B，C，要求這三個線程一起運行，打印 n 次，輸出形如“ABCABCABC....”的字符串。

思路：使用一個取模的判斷邏輯 C%M ==N，題為 3 個線程，所以可以按取模結果編號：0、1、2，他們與 3 取模結果仍為本身，則執(zhí)行打印邏輯。

public?class?PrintABCUsingLock?{private?int?times;?//?控制打印次數(shù)private?int?state;???//?當前狀態(tài)值：保證三個線程之間交替打印private?Lock?lock?=?new?ReentrantLock();public?PrintABCUsingLock(int?times)?{this.times?=?times;}private?void?printLetter(String?name,?int?targetNum)?{for?(int?i?=?0;?i?<?times;?)?{lock.lock();if?(state?%?3?==?targetNum)?{state++;i++;System.out.print(name);}lock.unlock();}}public?static?void?main(String[]?args)?{PrintABCUsingLock?loopThread?=?new?PrintABCUsingLock(1);new?Thread(()?->?{loopThread.printLetter("B",?1);},?"B").start();new?Thread(()?->?{loopThread.printLetter("A",?0);},?"A").start();new?Thread(()?->?{loopThread.printLetter("C",?2);},?"C").start();} }

main 方法啟動后，3 個線程會搶鎖，但是 state 的初始值為 0，所以第一次執(zhí)行 if ?語句的內(nèi)容只能是 線程 A，然后還在 for 循環(huán)之內(nèi)，此時 state = 1，只有 線程 B 才滿足 1% 3 == 1，所以第二個執(zhí)行的是 B，同理只有 線程 C 才滿足 2% 3 == 2，所以第三個執(zhí)行的是 C，執(zhí)行完 ABC 之后，才去執(zhí)行第二次 for 循環(huán)，所以要把 i++ 寫在 for 循環(huán)里邊，不能寫成 for (int i = 0; i < times;i++) ?這樣。

2.使用 wait/notify

其實遇到這類型題目，好多同學可能會先想到的就是 join()，或者 wati/notify 這樣的思路。算是比較傳統(tǒng)且萬能的解決方案。也有些面試官會要求不能使用這種方式。

思路：還是以第一題為例，我們用對象監(jiān)視器來實現(xiàn)，通過 wait 和 notify() 方法來實現(xiàn)等待、通知的邏輯，A 執(zhí)行后，喚醒 B，B 執(zhí)行后喚醒 C，C 執(zhí)行后再喚醒 A，這樣循環(huán)的等待、喚醒來達到目的。

public?class?PrintABCUsingWaitNotify?{private?int?state;private?int?times;private?static?final?Object?LOCK?=?new?Object();public?PrintABCUsingWaitNotify(int?times)?{this.times?=?times;}public?static?void?main(String[]?args)?{PrintABCUsingWaitNotify?printABC?=?new?PrintABCUsingWaitNotify(10);new?Thread(()?->?{printABC.printLetter("A",?0);},?"A").start();new?Thread(()?->?{printABC.printLetter("B",?1);},?"B").start();new?Thread(()?->?{printABC.printLetter("C",?2);},?"C").start();}private?void?printLetter(String?name,?int?targetState)?{for?(int?i?=?0;?i?<?times;?i++)?{synchronized?(LOCK)?{while?(state?%?3?!=?targetState)?{try?{LOCK.wait();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}}state++;System.out.print(name);LOCK.notifyAll();}}} }

同樣的思路，來解決下第 2 題：兩個線程交替打印奇數(shù)和偶數(shù)

使用對象監(jiān)視器實現(xiàn)，兩個線程 A、B 競爭同一把鎖，只要其中一個線程獲取鎖成功，就打印 ++i，并通知另一線程從等待集合中釋放，然后自身線程加入等待集合并釋放鎖即可。

圖：throwable-blogpublic?class?OddEvenPrinter?{private?Object?monitor?=?new?Object();private?final?int?limit;private?volatile?int?count;OddEvenPrinter(int?initCount,?int?times)?{this.count?=?initCount;this.limit?=?times;}public?static?void?main(String[]?args)?{OddEvenPrinter?printer?=?new?OddEvenPrinter(0,?10);new?Thread(printer::print,?"odd").start();new?Thread(printer::print,?"even").start();}private?void?print()?{synchronized?(monitor)?{while?(count?<?limit)?{try?{System.out.println(String.format("線程[%s]打印數(shù)字:%d",?Thread.currentThread().getName(),?++count));monitor.notifyAll();monitor.wait();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}}//防止有子線程被阻塞未被喚醒，導致主線程不退出monitor.notifyAll();}} }

同樣的思路，來解決下第 5 題：用兩個線程，一個輸出字母，一個輸出數(shù)字，交替輸出 1A2B3C4D...26Z

public?class?NumAndLetterPrinter?{private?static?char?c?=?'A';private?static?int?i?=?0;static?final?Object?lock?=?new?Object();public?static?void?main(String[]?args)?{new?Thread(()?->?printer(),?"numThread").start();new?Thread(()?->?printer(),?"letterThread").start();}private?static?void?printer()?{synchronized?(lock)?{for?(int?i?=?0;?i?<?26;?i++)?{if?(Thread.currentThread().getName()?==?"numThread")?{//打印數(shù)字1-26System.out.print((i?+?1));//?喚醒其他在等待的線程lock.notifyAll();try?{//?讓當前線程釋放鎖資源，進入wait狀態(tài)lock.wait();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}}?else?if?(Thread.currentThread().getName()?==?"letterThread")?{//?打印字母A-ZSystem.out.print((char)?('A'?+?i));//?喚醒其他在等待的線程lock.notifyAll();try?{//?讓當前線程釋放鎖資源，進入wait狀態(tài)lock.wait();}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}}}lock.notifyAll();}} }

3.使用 Lock/Condition

還是以第一題為例，使用 Condition 來實現(xiàn)，其實和 wait/notify 的思路一樣。

Condition 中的 await() 方法相當于 Object 的 wait() 方法，Condition 中的 signal() 方法相當于Object 的 notify() 方法，Condition 中的 signalAll() 相當于 Object 的 notifyAll() 方法。

不同的是，Object 中的 wait(),notify(),notifyAll()方法是和"同步鎖"(synchronized關鍵字)捆綁使用的；而 Condition 是需要與"互斥鎖"/"共享鎖"捆綁使用的。

public?class?PrintABCUsingLockCondition?{private?int?times;private?int?state;private?static?Lock?lock?=?new?ReentrantLock();private?static?Condition?c1?=?lock.newCondition();private?static?Condition?c2?=?lock.newCondition();private?static?Condition?c3?=?lock.newCondition();public?PrintABCUsingLockCondition(int?times)?{this.times?=?times;}public?static?void?main(String[]?args)?{PrintABCUsingLockCondition?print?=?new?PrintABCUsingLockCondition(10);new?Thread(()?->?{print.printLetter("A",?0,?c1,?c2);},?"A").start();new?Thread(()?->?{print.printLetter("B",?1,?c2,?c3);},?"B").start();new?Thread(()?->?{print.printLetter("C",?2,?c3,?c1);},?"C").start();}private?void?printLetter(String?name,?int?targetState,?Condition?current,?Condition?next)?{for?(int?i?=?0;?i?<?times;?)?{lock.lock();try?{while?(state?%?3?!=?targetState)?{current.await();}state++;i++;System.out.print(name);next.signal();}?catch?(Exception?e)?{e.printStackTrace();}?finally?{lock.unlock();}}} }

使用 Lock 鎖的多個 Condition 可以實現(xiàn)精準喚醒，所以碰到那種多個線程交替打印不同次數(shù)的題就比較容易想到，比如解決第四題：多線程按順序調(diào)用，A->B->C，AA 打印 5 次，BB 打印10 次，CC 打印 15 次，重復 10 次

代碼就不貼了，思路相同。

以上幾種方式，其實都會存在一個鎖的搶奪過程，如果搶鎖的的線程數(shù)量足夠大，就會出現(xiàn)很多線程搶到了鎖但不該自己執(zhí)行，然后就又解鎖或 wait() 這種操作，這樣其實是有些浪費資源的。

4.使用 Semaphore

在信號量上我們定義兩種操作：信號量主要用于兩個目的，一個是用于多個共享資源的互斥使用，另一個用于并發(fā)線程數(shù)的控制。

acquire（獲取） 當一個線程調(diào)用 acquire 操作時，它要么通過成功獲取信號量（信號量減1），要么一直等下去，直到有線程釋放信號量，或超時。

release（釋放）實際上會將信號量的值加1，然后喚醒等待的線程。

先看下如何解決第一題：三個線程循環(huán)打印 A，B，C

public?class?PrintABCUsingSemaphore?{private?int?times;private?static?Semaphore?semaphoreA?=?new?Semaphore(1);?//?只有A?初始信號量為1,第一次獲取到的只能是Aprivate?static?Semaphore?semaphoreB?=?new?Semaphore(0);private?static?Semaphore?semaphoreC?=?new?Semaphore(0);public?PrintABCUsingSemaphore(int?times)?{this.times?=?times;}public?static?void?main(String[]?args)?{PrintABCUsingSemaphore?printer?=?new?PrintABCUsingSemaphore(1);new?Thread(()?->?{printer.print("A",?semaphoreA,?semaphoreB);},?"A").start();new?Thread(()?->?{printer.print("B",?semaphoreB,?semaphoreC);},?"B").start();new?Thread(()?->?{printer.print("C",?semaphoreC,?semaphoreA);},?"C").start();}private?void?print(String?name,?Semaphore?current,?Semaphore?next)?{for?(int?i?=?0;?i?<?times;?i++)?{try?{System.out.println("111"?+?Thread.currentThread().getName());current.acquire();??//?A獲取信號執(zhí)行,A信號量減1,當A為0時將無法繼續(xù)獲得該信號量System.out.print(name);next.release();????//?B釋放信號，B信號量加1（初始為0），此時可以獲取B信號量System.out.println("222"?+?Thread.currentThread().getName());}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}}} }

如果題目中是多個線程循環(huán)打印的話，一般使用信號量解決是效率較高的方案，上一個線程持有下一個線程的信號量，通過一個信號量數(shù)組將全部關聯(lián)起來，這種方式不會存在浪費資源的情況。

接著用信號量的方式解決下第三題：通過 N 個線程順序循環(huán)打印從 0 至 100

public?class?LoopPrinter?{private?final?static?int?THREAD_COUNT?=?3;static?int?result?=?0;static?int?maxNum?=?10;public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{final?Semaphore[]?semaphores?=?new?Semaphore[THREAD_COUNT];for?(int?i?=?0;?i?<?THREAD_COUNT;?i++)?{//非公平信號量，每個信號量初始計數(shù)都為1semaphores[i]?=?new?Semaphore(1);if?(i?!=?THREAD_COUNT?-?1)?{System.out.println(i+"==="+semaphores[i].getQueueLength());//獲取一個許可前線程將一直阻塞,?for?循環(huán)之后只有?syncObjects[2]?沒有被阻塞semaphores[i].acquire();}}for?(int?i?=?0;?i?<?THREAD_COUNT;?i++)?{//?初次執(zhí)行，上一個信號量是?syncObjects[2]final?Semaphore?lastSemphore?=?i?==?0???semaphores[THREAD_COUNT?-?1]?:?semaphores[i?-?1];final?Semaphore?currentSemphore?=?semaphores[i];final?int?index?=?i;new?Thread(()?->?{try?{while?(true)?{//?初次執(zhí)行，讓第一個?for?循環(huán)沒有阻塞的?syncObjects[2]?先獲得令牌阻塞了lastSemphore.acquire();System.out.println("thread"?+?index?+?":?"?+?result++);if?(result?>?maxNum)?{System.exit(0);}//?釋放當前的信號量，syncObjects[0]?信號量此時為?1，下次?for?循環(huán)中上一個信號量即為syncObjects[0]currentSemphore.release();}}?catch?(Exception?e)?{e.printStackTrace();}}).start();}} }

5.使用 LockSupport

LockSupport 是 JDK 底層的基于 sun.misc.Unsafe 來實現(xiàn)的類，用來創(chuàng)建鎖和其他同步工具類的基本線程阻塞原語。它的靜態(tài)方法unpark()和park()可以分別實現(xiàn)阻塞當前線程和喚醒指定線程的效果，所以用它解決這樣的問題會更容易一些。

（在 AQS 中，就是通過調(diào)用 LockSupport.park( )和 LockSupport.unpark() 來實現(xiàn)線程的阻塞和喚醒的。）

public?class?PrintABCUsingLockSupport?{private?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();} }

理解了思路，解決其他問題就容易太多了。

比如，我們再解決下第五題：用兩個線程，一個輸出字母，一個輸出數(shù)字，交替輸出 1A2B3C4D...26Z

public?class?NumAndLetterPrinter?{private?static?Thread?numThread,?letterThread;public?static?void?main(String[]?args)?{letterThread?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?26;?i++)?{System.out.print((char)?('A'?+?i));LockSupport.unpark(numThread);LockSupport.park();}},?"letterThread");numThread?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?1;?i?<=?26;?i++)?{System.out.print(i);LockSupport.park();LockSupport.unpark(letterThread);}},?"numThread");numThread.start();letterThread.start();} }

寫在最后

好了，以上就是常用的五種實現(xiàn)方案，多練習幾次，手撕沒問題。

當然，這類問題，解決方式不止是我列出的這些，還會有 join、CountDownLatch、也有放在隊列里解決的，思路有很多，面試官想考察的其實只是對多線程的編程功底，其實自己練習的時候，是個很好的鞏固理解 JUC 的過程。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的阿里最喜欢问的多线程顺序打印的5种解法！的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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