交替输出问题
文章如有问题欢迎指正
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();
}
}
执行程序:
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();
}
}
可能有人会想,代码中的notify()
和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()
和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()
和wait()
。
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
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
和消费者
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。
② 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。
Lock
本身就可以解决这个问题,靠的就是Condition
,Condition
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();
}
}
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
。