交替输出问题


文章如有问题欢迎指正

java 双线程同时调用两个长链接接口_后端

一定要保证交替输出,这就涉及到两个线程的同步问题。

有人可能会想到,用睡眠时间差来实现,但是只要是多线程里面,线程同步玩sleep()函数的,99.99%都是错的。

这道题其实有100多种解法。

最简单的解法

是这个问题的最优解,但其实不是面试官想听到的答案

关键函数

Locksupport.park():阻塞当前线程
Locksupport.unpark(""):唤醒某个线程

LockSupport

package com.mashibing.juc.c_026_00_interview.A1B2C3
    
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class T02_00_LockSupport {
    
    static Thread t1 = null, t2 = null;
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        char[] aI = "1234567".toCharArray();
        char[] aC = "ABCDEFG".toCharArray();
    
        t1 = new Thread(() -> {

                for (char c : aI) {
                    System.out.print(c);
                    LockSupport.unpark(t2); // 叫醒t2
                    LockSupport.park(); // t1阻塞 当前线程阻塞
                }

            }, "t1");

            t2 = new Thread(() -> {

                for (char c : aC) {
                    LockSupport.park(); // t2挂起
                    System.out.print(c);
                    LockSupport.unpark(t1); // 叫醒t1
                }

            }, "t2");

            t1.start();
            t2.start();
    }
}

java 双线程同时调用两个长链接接口_java_02

执行程序:

java 双线程同时调用两个长链接接口_java_03

是我们想要的结果。


面试官想听到的解法

synchronized wait notify

package com.mashibing.juc.c_026_00_interview.A1B2C3

public class T06_00_sync_wait_notify {
    
    public static void main(String[] args) {

        final Object o = new Object();

        char[] aI = "1234567".toCharArray();
        char[] aC = "ABCDEFG".toCharArray();

        new Thread(() -> {
            // 首先创建一把锁
            synchronized (o) {
                for (char c : aI) {
                    System.out.print(c);
                    try {
                        o.notify(); // 叫醒等待队列里面的一个线程,对本程序来说就是另一个线程
                        o.wait(); // 让出锁
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                o.notify(); // 必须,否则无法停止程序
            }
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (o) {
                for (char c : aC) {
                    System.out.print(c);
                    try {
                        o.notify();
                        o.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                o.notify();
            }
        }, "t2").start();
    }
}

java 双线程同时调用两个长链接接口_面试_04

可能有人会想,代码中的notify()wait()顺序是不是没什么区别呢?那你就大错特错了,说明你不明白notify()wait()是怎么执行的。

这道题其实是华为面试的填空题,让你填notify()wait()

java 双线程同时调用两个长链接接口_多线程_05

如果我们先执行wait(),会先让自己直接进入等待队列,自己和另一个线程都在等待队列中等待,两个线程大👁瞪小👁,在那傻等,谁也叫不醒对方,也就是根本执行不了notify()

我们发现,在程序的后面还有一个notify(),而且还是必须有的,为什么是必须呢?我们将它注释掉,输出一下看看

java 双线程同时调用两个长链接接口_java 双线程同时调用两个长链接接口_06

其实这是一个小坑。

虽然程序可以正常输出,但是程序没有结束;我们可以根据动图发现,最后一定是有一个线程是处在wait()状态的,没有人叫醒它,它就会永远处在等待状态中,从而程序无法结束,为了避免出现这种情况,我们要在后面加上一个notify()

但是还有一个大坑!!!

玩过线程的应该早就发现了这个问题,如果第二个线程先抢到了,那么输出的就是A1B2C3了,怎么保证第一个永远先输出的是数字?

我们可以使用CountDownLatch这个类,它是JUC新的同步工具,这个类可以想象成一个门栓,当我们有线程执行到门这里,它会等待门栓把门打开,线程才会执行;如果t2抢先一步,那么它会执行await()方法,因为有门栓的存在,它只能在门外等待,所以t1线程会直接执行,执行到countDown()方法,使创建的CountDownLatch(1)参数置为0,即释放门栓,所以永远都是t1线程执行完,t2线程才会执行。

完整代码

package com.mashibing.juc.c_026_00_interview.A1B2C3

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class T07_00_sync_wait_notify {

    private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1); // 设置门栓的参数为1,即只有一个门栓

    public static void main(String[] args) {

        final Object o = new Object();

        char[] aI = "1234567".toCharArray();
        char[] aC = "ABCDEFG".toCharArray();

        new Thread(() -> {
            synchronized (o) {
                for (char c : aI) {
                    System.out.print(c);
                    latch.countDown(); // 门栓的数值-1,即打开门
                    try {
                        o.notify();
                        o.wait(); 
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                o.notify(); 
            }
        }, "t1").start();
        
        new Thread(() -> {
            try {
                latch.await(); // 想哪个线程后执行,await()就放在哪个线程里
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (o) {
                for (char c : aC) {
                    System.out.print(c);
                    try {
                        o.notify();
                        o.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                o.notify();
            }
        }, "t2").start();
    }
}

这样就解决了我们的担忧。


更灵活,更精细的解法

JDK提供了很多新的同步工具,在JUC包下,其中有一个专门替代synchronized的锁:Lock

Lock ReentrantLock await signal

package com.mashibing.juc.c_026_00_interview.A1B2C3
    
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class T08_00_lock_condition {
    
        public static void main(String[] args) {

        char[] aI = "1234567".toCharArray();
        char[] aC = "ABCDEFG".toCharArray();

		Lock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();

        new Thread(() -> {
            
            lock.lock();
            
            try {
                for (char c : aI) {
                    System.out.print(c);
                    condition.signal();  // notify()
                    condition.await(); // wait()
                }
                condition.signal();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock(); // synchronized
            try {
                for (char c : aC) {
                    System.out.print(c);
                    condition.signal(); // o.notify
                    condition.await(); // o.wait
                }
                condition.signal();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t2").start();
    }
}

代码表面看起来,创建锁,调用方法跟synchronized没有区别,但是关键点在于Condition这个类,大家应该知道生产者消费者这个概念,生产者生产馒头,生产满了进入等待队列,消费者吃馒头,吃光了同样进入等待队列,如果我们使用传统的synchronized,当生产者生产满时,需要从等待队列中叫醒消费者,但调用notify方法时,我们能保证一定叫醒的是消费者吗?不能,这件事是无法做到的,那该怎么保证叫醒的一定是消费者呢?

有两种解决方案:

① 如果篮子已经满了,生产者会去等待队列中叫醒一个线程,但如果叫醒的线程还是一个生产者,那么新的生产者起来之后一定要先检查一下篮子是否满了,不能上来就生产,如果是满的,那接着去叫醒下一个线程,这样依次重复,我们一定会有一次叫醒的是消费者。

notifyAll()方法:将等待队列中的生产者和消费者全唤醒,消费者发现篮子是满的,就去消费,生产者发现篮子是满的,就继续回到等待队列。

但不管是这两个哪种解决方案,我们唤醒的线程都是不精确的,全都存在着浪费。

这就是synchronized做同步的问题。

java 双线程同时调用两个长链接接口_面试_07

Lock本身就可以解决这个问题,靠的就是ConditionCondition可以做到精确唤醒。

Condition是条件的意思,但我们可以把它当做队列来看待。

一个condition就是一个等待队列。

标准代码

package com.mashibing.juc.c_026_00_interview.A1B2C3

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class T08_00_lock_condition {

    public static void main(String[] args) {

        char[] aI = "1234567".toCharArray();
        char[] aC = "ABCDEFG".toCharArray();

        Lock lock = new ReentrantLock();
        Condition conditionT1 = lock.newCondition(); // 队列1
        Condition conditionT2 = lock.newCondition(); // 队列2

        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
        new Thread(() -> {

            lock.lock(); // synchronized

            try {
                for (char c : aI) {
                    System.out.print(c);
                    latch.countDown();
                    conditionT2.signal();  // o.notify()
                    conditionT1.await(); // o.wait()
                }
                conditionT2.signal();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {

            try {
                latch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            lock.lock(); // synchronized

            try {
                for (char c : aC) {
                    System.out.print(c);
                    conditionT1.signal(); // o.notify
                    conditionT2.await(); // o.wait
                }
                conditionT1.signal();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t2").start();
    }
}

java 双线程同时调用两个长链接接口_多线程_08

第一个线程t1先上来持有锁,持有锁之后叫醒第二队列的内容,然后自己进入第一队列等待,同理,t2线程叫醒第一队列的内容,自己进入第二队列等待,这样就可以做到精确唤醒