java并发编程--一道经典多线程题的2种解法

问题的描述
启动3个线程打印递增的数字, 线程1先打印1,2,3,4,5, 然后是线程2打印6,7,8,9,10, 然后是线程3打印11,12,13,14,15. 接着再由线程1打印16,17,18,19,20....以此类推, 直到打印到75. 程序的输出结果应该为:

线程1: 1
线程1: 2
线程1: 3
线程1: 4
线程1: 5

线程2: 6
线程2: 7
线程2: 8
线程2: 9
线程2: 10
...

线程3: 71
线程3: 72
线程3: 73
线程3: 74
线程3: 75

解法一: 采用原始的synchronized, wait(), notify(), notifyAll()等方式控制线程.

Java代码  收藏代码
public class NumberPrintDemo {
    // n为即将打印的数字
    private static int n = 1;
    // state=1表示将由线程1打印数字, state=2表示将由线程2打印数字, state=3表示将由线程3打印数字
    private static int state = 1;  

    public static void main(String[] args) {
        final NumberPrintDemo pn = new NumberPrintDemo();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                // 3个线程打印75个数字, 单个线程每次打印5个连续数字, 因此每个线程只需执行5次打印任务. 3*5*5=75
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    // 3个线程都使用pn对象做锁, 以保证每个交替期间只有一个线程在打印
                    synchronized (pn) {
                        // 如果state!=1, 说明此时尚未轮到线程1打印, 线程1将调用pn的wait()方法, 直到下次被唤醒
                        while (state != 1)
                            try {
                                pn.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        // 当state=1时, 轮到线程1打印5次数字
                        for (int j = 0; j < 5; j++) {
                            // 打印一次后n自增
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                    + ": " + n++);
                        }
                        System.out.println();
                        // 线程1打印完成后, 将state赋值为2, 表示接下来将轮到线程2打印
                        state = 2;
                        // notifyAll()方法唤醒在pn上wait的线程2和线程3, 同时线程1将退出同步代码块, 释放pn锁.
                        // 因此3个线程将再次竞争pn锁
                        // 假如线程1或线程3竞争到资源, 由于state不为1或3, 线程1或线程3将很快再次wait, 释放出刚到手的pn锁.
                        // 只有线程2可以通过state判定, 所以线程2一定是执行下次打印任务的线程.
                        // 对于线程2来说, 获得锁的道路也许是曲折的, 但前途一定是光明的.
                        pn.notifyAll();
                    }
                }
            }
        }, "线程1").start();  

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    synchronized (pn) {
                        while (state != 2)
                            try {
                                pn.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        for (int j = 0; j < 5; j++) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                    + ": " + n++);
                        }
                        System.out.println();
                        state = 3;
                        pn.notifyAll();
                    }
                }
            }
        }, "线程2").start();  

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    synchronized (pn) {
                        while (state != 3)
                            try {
                                pn.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        for (int j = 0; j < 5; j++) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                    + ": " + n++);
                        }
                        System.out.println();
                        state = 1;
                        pn.notifyAll();
                    }
                }
            }
        }, "线程3").start();
    }
}  

解法二: 采用JDK1.5并发包提供的Lock, Condition等类的相关方法控制线程.

Java代码  收藏代码
public class NumberPrint implements Runnable {
    private int state = 1;
    private int n = 1;
    // 使用lock做锁
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // 获得lock锁的3个分支条件
    private Condition c1 = lock.newCondition();
    private Condition c2 = lock.newCondition();
    private Condition c3 = lock.newCondition();  

    @Override
    public void run() {
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    try {
                        // 线程1获得lock锁后, 其他线程将无法进入需要lock锁的代码块.
                        // 在lock.lock()和lock.unlock()之间的代码相当于使用了synchronized(lock){}
                        lock.lock();
                        while (state != 1)
                            try {
                                // 线程1竞争到了lock, 但是发现state不为1, 说明此时还未轮到线程1打印.
                                // 因此线程1将在c1上wait
                                // 与解法一不同的是, 三个线程并非在同一个对象上wait, 也不由同一个对象唤醒
                                c1.await();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        // 如果线程1竞争到了lock, 也通过了state判定, 将执行打印任务
                        for (int j = 0; j < 5; j++) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                    + ": " + n++);
                        }
                        System.out.println();
                        // 打印完成后将state赋值为2, 表示下一次的打印任务将由线程2执行
                        state = 2;
                        // 唤醒在c2分支上wait的线程2
                        c2.signal();
                    } finally {
                        // 打印任务执行完成后需要确保锁被释放, 因此将释放锁的代码放在finally中
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }
        }, "线程1").start();  

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    try {
                        lock.lock();
                        while (state != 2)
                            try {
                                c2.await();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        for (int j = 0; j < 5; j++) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                    + ": " + n++);
                        }
                        System.out.println();
                        state = 3;
                        c3.signal();
                    } finally {
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }
        }, "线程2").start();  

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    try {  

                        lock.lock();
                        while (state != 3)
                            try {
                                c3.await();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        for (int j = 0; j < 5; j++) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                    + ": " + n++);
                        }
                        System.out.println();
                        state = 1;
                        c1.signal();
                    } finally {
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }
        }, "线程3").start();
    }  

    public static void main(String[] args) {
        new NumberPrint().run();
    }
}  

总结: 对比解法一和解法二, 显然解法二是更好的解决方案. 解法一的问题在于无法进行精确唤醒, 比如线程1执行完打印任务并调用pn.notifyAll()方法后, 3个线程将再次竞争锁, 而不是精确唤醒线程2. 虽然线程2最终将赢得锁, 下一次的打印任务也肯定会由线程2执行, 但是竞争的持续时间是不可预知的, 只能看线程2的人品.
最糟糕的情形可以是: 线程3竞争到了锁, 紧接着wait. 接下来线程1也竞争到了锁, 然后线程1也wait. 此时就再也没有其他线程跟线程2竞争了, 线程2终于艰难的赢得了锁...

留下3个问题供有兴趣的朋友思考:
1. 解法一和解法二中的while (state != xx)是否可以换成if(state != xx), 为什么?
2. 解法一的中的pn.notifyAll()是否可以换成pn.notify(), 为什么?
3. 是否可以用wait(), notify(), notifyAll()等方法完成类似解法二的精确唤醒, 请给出方案或代码.--这个问题我思考了很久, 却没有头绪. 关键的困难在于必须调用pn的wait()方法和notifyAll()方法, 而不能是其他对象的wait()和notifyAll()方法. 如果你有思路, 还望在博客中留言, 不甚感激!

转载至:http://coolxing.iteye.com/blog/1236696作者:coolxing

问题的描述

启动3个线程打印递增的数字, 线程1先打印1,2,3,4,5, 然后是线程2打印6,7,8,9,10, 然后是线程3打印11,12,13,14,15. 接着再由线程1打印16,17,18,19,20....以此类推, 直到打印到75. 程序的输出结果应该为:

线程1: 1

线程1: 2

线程1: 3

线程1: 4

线程1: 5

线程2: 6

线程2: 7

线程2: 8

线程2: 9

线程2: 10

...

线程3: 71

线程3: 72

线程3: 73

线程3: 74

线程3: 75

解法一: 采用原始的synchronized, wait(), notify(), notifyAll()等方式控制线程.

Java代码  

  1. public class NumberPrintDemo {
  2. // n为即将打印的数字
  3. private static int n = 1;
  4. // state=1表示将由线程1打印数字, state=2表示将由线程2打印数字, state=3表示将由线程3打印数字
  5. private static int state = 1;
  6. public static void main(String[] args) {
  7. final NumberPrintDemo pn = new NumberPrintDemo();
  8. new Thread(new Runnable() {
  9. public void run() {
  10. // 3个线程打印75个数字, 单个线程每次打印5个连续数字, 因此每个线程只需执行5次打印任务. 3*5*5=75
  11. for (int i = 0; i < 5; i++) {
  12. // 3个线程都使用pn对象做锁, 以保证每个交替期间只有一个线程在打印
  13. synchronized (pn) {
  14. // 如果state!=1, 说明此时尚未轮到线程1打印, 线程1将调用pn的wait()方法, 直到下次被唤醒
  15. while (state != 1)
  16. try {
  17. pn.wait();
  18. } catch (InterruptedException e) {
  19. e.printStackTrace();
  20. }
  21. // 当state=1时, 轮到线程1打印5次数字
  22. for (int j = 0; j < 5; j++) {
  23. // 打印一次后n自增
  24. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  25. + ": " + n++);
  26. }
  27. System.out.println();
  28. // 线程1打印完成后, 将state赋值为2, 表示接下来将轮到线程2打印
  29. state = 2;
  30. // notifyAll()方法唤醒在pn上wait的线程2和线程3, 同时线程1将退出同步代码块, 释放pn锁.
  31. // 因此3个线程将再次竞争pn锁
  32. // 假如线程1或线程3竞争到资源, 由于state不为1或3, 线程1或线程3将很快再次wait, 释放出刚到手的pn锁.
  33. // 只有线程2可以通过state判定, 所以线程2一定是执行下次打印任务的线程.
  34. // 对于线程2来说, 获得锁的道路也许是曲折的, 但前途一定是光明的.
  35. pn.notifyAll();
  36. }
  37. }
  38. }
  39. }, "线程1").start();
  40. new Thread(new Runnable() {
  41. public void run() {
  42. for (int i = 0; i < 5; i++) {
  43. synchronized (pn) {
  44. while (state != 2)
  45. try {
  46. pn.wait();
  47. } catch (InterruptedException e) {
  48. e.printStackTrace();
  49. }
  50. for (int j = 0; j < 5; j++) {
  51. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  52. + ": " + n++);
  53. }
  54. System.out.println();
  55. state = 3;
  56. pn.notifyAll();
  57. }
  58. }
  59. }
  60. }, "线程2").start();
  61. new Thread(new Runnable() {
  62. public void run() {
  63. for (int i = 0; i < 5; i++) {
  64. synchronized (pn) {
  65. while (state != 3)
  66. try {
  67. pn.wait();
  68. } catch (InterruptedException e) {
  69. e.printStackTrace();
  70. }
  71. for (int j = 0; j < 5; j++) {
  72. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  73. + ": " + n++);
  74. }
  75. System.out.println();
  76. state = 1;
  77. pn.notifyAll();
  78. }
  79. }
  80. }
  81. }, "线程3").start();
  82. }
  83. }

解法二: 采用JDK1.5并发包提供的Lock, Condition等类的相关方法控制线程.

Java代码  

  1. public class NumberPrint implements Runnable {
  2. private int state = 1;
  3. private int n = 1;
  4. // 使用lock做锁
  5. private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  6. // 获得lock锁的3个分支条件
  7. private Condition c1 = lock.newCondition();
  8. private Condition c2 = lock.newCondition();
  9. private Condition c3 = lock.newCondition();
  10. @Override
  11. public void run() {
  12. new Thread(new Runnable() {
  13. public void run() {
  14. for (int i = 0; i < 5; i++) {
  15. try {
  16. // 线程1获得lock锁后, 其他线程将无法进入需要lock锁的代码块.
  17. // 在lock.lock()和lock.unlock()之间的代码相当于使用了synchronized(lock){}
  18. lock.lock();
  19. while (state != 1)
  20. try {
  21. // 线程1竞争到了lock, 但是发现state不为1, 说明此时还未轮到线程1打印.
  22. // 因此线程1将在c1上wait
  23. // 与解法一不同的是, 三个线程并非在同一个对象上wait, 也不由同一个对象唤醒
  24. c1.await();
  25. } catch (InterruptedException e) {
  26. e.printStackTrace();
  27. }
  28. // 如果线程1竞争到了lock, 也通过了state判定, 将执行打印任务
  29. for (int j = 0; j < 5; j++) {
  30. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  31. + ": " + n++);
  32. }
  33. System.out.println();
  34. // 打印完成后将state赋值为2, 表示下一次的打印任务将由线程2执行
  35. state = 2;
  36. // 唤醒在c2分支上wait的线程2
  37. c2.signal();
  38. } finally {
  39. // 打印任务执行完成后需要确保锁被释放, 因此将释放锁的代码放在finally中
  40. lock.unlock();
  41. }
  42. }
  43. }
  44. }, "线程1").start();
  45. new Thread(new Runnable() {
  46. public void run() {
  47. for (int i = 0; i < 5; i++) {
  48. try {
  49. lock.lock();
  50. while (state != 2)
  51. try {
  52. c2.await();
  53. } catch (InterruptedException e) {
  54. e.printStackTrace();
  55. }
  56. for (int j = 0; j < 5; j++) {
  57. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  58. + ": " + n++);
  59. }
  60. System.out.println();
  61. state = 3;
  62. c3.signal();
  63. } finally {
  64. lock.unlock();
  65. }
  66. }
  67. }
  68. }, "线程2").start();
  69. new Thread(new Runnable() {
  70. public void run() {
  71. for (int i = 0; i < 5; i++) {
  72. try {
  73. lock.lock();
  74. while (state != 3)
  75. try {
  76. c3.await();
  77. } catch (InterruptedException e) {
  78. e.printStackTrace();
  79. }
  80. for (int j = 0; j < 5; j++) {
  81. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  82. + ": " + n++);
  83. }
  84. System.out.println();
  85. state = 1;
  86. c1.signal();
  87. } finally {
  88. lock.unlock();
  89. }
  90. }
  91. }
  92. }, "线程3").start();
  93. }
  94. public static void main(String[] args) {
  95. new NumberPrint().run();
  96. }
  97. }

总结: 对比解法一和解法二, 显然解法二是更好的解决方案. 解法一的问题在于无法进行精确唤醒, 比如线程1执行完打印任务并调用pn.notifyAll()方法后, 3个线程将再次竞争锁, 而不是精确唤醒线程2. 虽然线程2最终将赢得锁, 下一次的打印任务也肯定会由线程2执行, 但是竞争的持续时间是不可预知的, 只能看线程2的人品.

最糟糕的情形可以是: 线程3竞争到了锁, 紧接着wait. 接下来线程1也竞争到了锁, 然后线程1也wait. 此时就再也没有其他线程跟线程2竞争了, 线程2终于艰难的赢得了锁...

留下3个问题供有兴趣的朋友思考:

1. 解法一和解法二中的while (state != xx)是否可以换成if(state != xx), 为什么?

2. 解法一的中的pn.notifyAll()是否可以换成pn.notify(), 为什么?

3. 是否可以用wait(), notify(), notifyAll()等方法完成类似解法二的精确唤醒, 请给出方案或代码.--这个问题我思考了很久, 却没有头绪. 关键的困难在于必须调用pn的wait()方法和notifyAll()方法, 而不能是其他对象的wait()和notifyAll()方法. 如果你有思路, 还望在博客中留言, 不甚感激!

时间: 2024-10-13 05:12:03

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