Java中多个线程交替循环执行

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-12-20 06:00 190阅读 0赞

有些时候面试官经常会问，两个线程怎么交替执行呀，如果是三个线程，又怎么交替执行呀，这种问题一般人还真不一定能回答上来。

多线程这块如果理解的不好，学起来是很吃力的，更别说面试了。下面我们就来剖析一下怎么实现多个线程顺序输出。

> 两个线程循环交替打印

//首先我们来看一种比较简单的方式
    public class ThreadCq {
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		 Stack<Integer> stack = new Stack<>();
    		 for(int i=1;i<100;i++) {
    			 stack.add(i);
    		 }
    		 Draw draw = new Draw(stack);
    		 new Thread(draw).start();
    		 new Thread(draw).start();
    	}
    }
    
    class Draw implements Runnable{
    	
    	private Stack<Integer> stack;
    	public Draw(Stack<Integer> stack) {
    		this.stack = stack;
    	}
    	
    	@Override
    	public void run() {
    		while(!stack.isEmpty()) {
    			synchronized (this) {
    				notify();
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---"+stack.pop());
    				try {
    					wait();
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				}
    			}
    		}
    	}
    }

这种方式是用Condition对象来完成的：

public class ThreadCq3 {
    
    	//声明一个锁
    	static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
    	public static void main(String[] args) {
    		
    		//创建两个Condition对象
    		Condition c1 = lock.newCondition();
    		Condition c2 = lock.newCondition();
    		Stack<Integer> stack = new Stack<>();
    		for (int i = 0; i <= 100; i++) {
    			stack.add(i);
    		}
    
    		new Thread(() -> {
    			try {
    				Thread.sleep(500);
    			} catch (InterruptedException e1) {
    				e1.printStackTrace();
    			}
    			while (true) {
    				lock.lock();
    				// 打印偶数
    				try {
    					if (stack.peek() % 2 != 0) {
    						c1.await();
    					}
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + stack.pop());
    					c2.signal();
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				} finally {
    					lock.unlock();
    				}
    			}
    		}).start();
    
    		
    		new Thread(() -> {
    			while (true) {
    				try {
    					Thread.sleep(500);
    				} catch (InterruptedException e1) {
    					e1.printStackTrace();
    				}
    				lock.lock();
    				try {
    					// 打印奇数
    					if (stack.peek() % 2 != 1) {
    						c2.await();
    					}
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + stack.pop());
    					c1.signal();
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				} finally {
    					lock.unlock();
    				}
    			}
    		}).start();
    	}
    }

这种方式是通过Semaphore来实现的：

public class ThreadCq4 {
    
    	//利用信号量来限制
    	private static Semaphore s1 = new Semaphore(1);
    	private static Semaphore s2 = new Semaphore(1);
    
    	public static void main(String[] args) {
    		
    		try {
    			//首先调用s2为 acquire状态
    			s1.acquire();
    //			s2.acquire();  调用s1或者s2先占有一个
    		} catch (InterruptedException e1) {
    			e1.printStackTrace();
    		}
    		
    		new Thread(()->{
    			while(true) {
    				try {
    					s1.acquire();
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				}
    				try {
    					Thread.sleep(500);
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				}
    				System.out.println("A");
    				s2.release();
    			}
    		}).start();
    		
    		new Thread(()->{
    			while(true) {
    				try {
    					s2.acquire();
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				}
    				try {
    					Thread.sleep(500);
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				}
    				System.out.println("B");
    				s1.release();
    			}
    		}).start();
    	}
    }

上面就是三种比较常用的，最常用的要属第一种和第二种。

> 三个线程交替打印输出

上面我们看了两个线程依次输出的实例，这里我们来看看三个线程如何做呢。

public class LockCond {
    
    	private static int count = 0;
    	private static Lock lock = new ReentrantLock();
    	
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		Condition c1 = lock.newCondition();
    		Condition c2 = lock.newCondition();
    		Condition c3 = lock.newCondition();
    		
    		new Thread(()->{
    			while(true) {
    				lock.lock();
    				try {
    					while(count %3 != 0) {
    						//刚开始count为0  0%3=0 所以此线程执行  执行完之后 唤醒现成2，由于此时count已经进行了++，所有while成立，c1进入等待状态，其他两个也一样
    						c1.await();
    					}
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"========:A");
    					count++;
    					//唤醒线程2
    					c2.signal(); 
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				} finally {
    					lock.unlock();
    				}
    			}
    		}) .start();
    		
    		new Thread(()->{
    			while(true) {
    				lock.lock();
    				try {
    					while(count %3 != 1) {
    						c2.await();
    					}
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"========:B");
    					count++;
    					//唤醒线程3
    					c3.signal();
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				} finally {
    					lock.unlock();
    				}
    			}
    		}) .start();
    		
    		new Thread(()->{
    			while(true) {
    				lock.lock();
    				try {
    					while(count %3 != 2) {
    						c3.await();
    					}
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"========:C");
    					count++;
    					//唤醒线程1
    					c1.signal();
    				} catch (InterruptedException e) {
    					e.printStackTrace();
    				} finally {
    					lock.unlock();
    				}
    			}
    		}) .start();
    	}
    	
    }

三个线程的也可以写三种，这里写一种就行了，写法和上面两个线程的都一样。大家可以自己试一下。

> Condition介绍

我们在没有学习Lock之前，使用的最多的同步方式应该是synchronized关键字来实现同步方式了。配合Object的wait()、notify()系列方法可以实现等待/通知模式。Condition接口也提供了类似Object的监视器方法，与Lock配合可以实现等待/通知模式，但是这两者在使用方式以及功能特性上还是有差别的。Object和Condition接口的一些对比。摘自《Java并发编程的艺术》

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

Condition接口常用方法

condition可以通俗的理解为条件队列。当一个线程在调用了await方法以后，直到线程等待的某个条件为真的时候才会被唤醒。这种方式为线程提供了更加简单的等待/通知模式。Condition必须要配合锁一起使用，因为对共享状态变量的访问发生在多线程环境下。一个Condition的实例必须与一个Lock绑定，因此Condition一般都是作为Lock的内部实现。

1.  **await()** ：造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。
2.  **await(long time, TimeUnit unit)** ：造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。
3.  **awaitNanos(long nanosTimeout)** ：造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。返回值表示剩余时间，如果在nanosTimesout之前唤醒，那么返回值 = nanosTimeout - 消耗时间，如果返回值 <= 0 ,则可以认定它已经超时了。
4.  **awaitUninterruptibly()** ：造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。【注意：该方法对中断不敏感】。
5.  **awaitUntil(Date deadline)** ：造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态。如果没有到指定时间就被通知，则返回true，否则表示到了指定时间，返回返回false。
6.  **signal()** ：唤醒一个等待线程。该线程从等待方法返回前必须获得与Condition相关的锁。
7.  **signal()All** ：唤醒所有等待线程。能够从等待方法返回的线程必须获得与Condition相关的锁。

> Semaphore介绍

Semaphore 是 synchronized 的加强版，作用是控制线程的并发数量。就这一点而言，单纯的synchronized 关键字是实现不了的。他可以保证某一个资源在一段区间内有多少给线程可以去访问。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

从源码我们可以看出来，它new了一个静态内部类，继承Sync接口。他同时也提供了一些构造方法

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

比如说通过这个构造方法可以创建一个是否公平的Semaphore类。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/e28d5735f44f4c67a1d815f97c6b93f3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221120/512653087a4448ee933a0cd82745d3aa.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221120/608856fe9eab48dda19cc50e37a51709.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI0NDM0Njcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221120/31d2ea2360a140b8ab5641a2c5276b9f.png