多个线程如何轮流打印ABC特定的次数？

我不是女神ヾ 2022-04-05 09:12 221阅读 0赞

之前的一篇文章，我给出了关于多线程应用的几个例子：

都是基于Java里面Lock锁实现的，分别是：

（1）两个线程轮流打印奇数和偶数

（2）多个线程模拟买票

（3）模拟生产者消费者

今天再抛砖引玉，思考一下如何在多个线程中，轮流打印特定顺序的信息多少次。

这类问题其实并不难，只要掌握了Java里面线程协作和锁的知识，就可以轻而易举的搞定：

根据这些，我们来假设一个场景，使用三个线程轮流打印ABC字符串3次。

解决思路：

首先需要声明3个线程，我们可以分别叫A线程，B线程，C线程：

在这里面：

A线程仅仅负责打印A。

B线程仅仅负责打印B。

C线程仅仅负责打印C。

但是呢，他们必须是有顺序，也就是说A打印完之后，才能打印B，B打印完后才行打印C，这就涉及线程协作和通信的知识了，A线程打印完毕之后，要通知B线程打印，B线程打印完之后要通知C线程打印，如果有多轮的话，C线程打印完毕之后，还要通知A线程。以及控制多轮次数的终结，不能让程序陷入死循环之中。

在仔细理一下：

（1）首先三个线程启动后，一定是A线程先打印。如果是其他线程先启动，则必须等待，线程间的通信，我们用共享变量来解决。（本质是通过共享内存）

（2）A运行的时候，B和C都在等待

（3）B运行的时候，A和C都在等待

（4）C运行的时候，A和B都在等待

（5）A运行结束通知B运行

（6）B运行结束通知C运行

（7）C运行结束通知A运行

（8）同时，如果要控制几轮打印，则需要在运行时控制循环次数，因为C线程是每一轮的结束标志，循环次数的加和要在C线程里面做。

ok，主要的逻辑基本理清了，我们看下如何用代码实现，先看核心的类：

定义了共享的监视器对象，计数器，共享变量，然后定义了三个方法分别负责打印A,B,C，功能的实现主要用了synchronized + 监视器的wait，notifyAll方法。

static class PrintABC{
    
             final  Object monitor=new Object();
             volatile  int count=1;//轮次计数，从1开始，为了保证可见性，这里需要用volatile修饰
             String id="A";//贡献的
             int printCount ;
    
             public PrintABC(int printCount) {
                 this.printCount = printCount;
             }
    
             public void printA() throws InterruptedException {
                 while (count < printCount) {
                     synchronized (monitor) {
                         while (!id.equals("A")) {
                             monitor.wait();
                         }
                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "打印： " + id);
                         id = "B";
                         monitor.notifyAll();
                     }
    
                 }
             }
    
                 public void printB() throws InterruptedException {
                     while (count < printCount) {
                         synchronized (monitor) {
                             while (!id.equals("B")) {
                                 monitor.wait();
                             }
                             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "打印： " + id);
                             id = "C";
                             monitor.notifyAll();
                         }
    
                     }
                 }
    
             public void printC() throws InterruptedException {
                 while (count < printCount +1) {//最后一次终结线程，需要多加一次
                     synchronized (monitor) {
                         while (!id.equals("C")) {
                             monitor.wait();
                         }
                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "打印： " + id+"\n");
                         id = "A";
                         count=count+1;
                         monitor.notifyAll();
                     }
    
                 }
             }
    
        }

然后，我们看下，main方法如何编写：

public static void main(String[] args) {
    
            PrintABC printABC=new PrintABC(3);
    
            Thread t1=new Thread(()->{
                try {
                    printABC.printA();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
            });
            t1.setName("A线程");
    
    
            Thread t2=new Thread(()->{
                    try {
                        printABC.printB();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
            });
            t2.setName("B线程");
    
            Thread t3=new Thread(()->{
                    try {
                        printABC.printC();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
            });
            t3.setName("C线程");
    
            t2.start();
            t3.start();
            t1.start();
    
    
    
        }

这里我们设置了3，也就是仅仅打印3轮，就终止程序。结果如下：

A线程打印： A
    B线程打印： B
    C线程打印： C
    
    A线程打印： A
    B线程打印： B
    C线程打印： C
    
    A线程打印： A
    B线程打印： B
    C线程打印： C

至此，这个问题就搞定了，我们思考下，因为这里面采用的是Java的内置锁synchronized来实现的，synchronized关键词虽然使用起来非常简单，但是由于它出现的早，本身也有一些缺点，细心的朋友可能已经发现，上面的通信代码处用的是：

monitor.notifyAll();

注意这个地方，明明我们只需要唤醒一个线程，为什么需要notifyAll()而不是用notify()，这么做的主要目的是因为synchronized的监视器唤醒的线程是随机的，没办法精确到某个线程，所以它必须唤醒所有的线程，然后重新参与锁的竞争，这样就导致部分线程调度没必要的被交换了一次。

这个地方恰内置锁synchronized的一个弊端，这也是为什么在jdk5之后引入的Lock这样高级锁接口，其相比synchronized在加锁的时候，主要优点是：

（1）提供了公平和非公平调度

（2）可中断

（3）可提供非阻塞

（4）可超时

（5）提供了Condition更细粒度的，锁唤醒条件队列

本文中的例子，完全可以用Lock接口+Condition来达到更细粒度的锁控制，也就是A线程执行完之后，仅仅只唤醒B线程，没有必要把C线程也唤醒，感兴趣的朋友可以思考下怎么实现。