一起聊聊3个线程依次打印1、2、3…的故事

  • 2020 年 3 月 10 日
  • 筆記

3个线程依次打印1、2、3…这个问题，常常被作为面试题，题目如下：

三个线程，一个线程负责打印1，4，7，……；第二个负责打印2，5，8，……，第三个负责打印3，6，9，……，要求在控制台中按顺序输出1，2，3，4，5，6……。

这个题目肯定是要启动3个线程的，那怎么让这3个线程“协作”按顺序打印1、2、3呢？从大的方面来讲，这种“协作”可分为以下两种：

  • 竞争型：每个线程都抢着去打印，如果发现不该自己打印，则准备下一轮抢。由于大家都是竞争的，因此需要用锁机制来保护。
  • 协同型：当前线程线程打印之后通知下一个线程去打印，这种需要确认好第一个线程打印时机。由于是协同型的因此可以不用锁机制来保护，但是需要一个通知机制。

竞争型打印

多个线程竞争型打印，优势是代码简单易懂，劣势是线程争抢是CPU调度进行的，可能该某个线程打印时结果该线程迟迟未被CPU调度，结果其他线程被CPU调度到但是由于不能执行打印操作而继续争抢，造成CPU性能浪费。示例代码如下：

public class DemoTask implements Runnable {        // 这里将lock对象换成 Lock(ReentrantLock) 进行lock/unlock也是可以的      private static final Object lock = new Object();      private static final int MAX = 1024;      private static int current = 1;        private int index;      public DemoTask(int index) {          this.index = index;      }        @Override      public void run() {          while (current <= MAX) {              synchronized (lock) {                  if ((current <= MAX) && (current % 3 == index)) {                      System.out.println(current++);                  }              }          }      }        public static void main(String[] args) throws Exception {          List<Thread> threadList = Arrays.asList(                  new Thread(new DemoTask(0)),                  new Thread(new DemoTask(1)),                  new Thread(new DemoTask(2))          );            threadList.forEach(Thread::start);          for (Thread thread : threadList) {              thread.join();          }      }  }

协同型打印

多个线程协同型打印，优势是各个线程使用“通知”机制进行协同分工，理论上执行效率较高，不过要使用对应的“通知”机制。关于如何“通知”，第一种是可使用Java对象的 wait/notify 或者Conditon对象的 await/signal ，第二种是以事件或者提交任务的方式（比如通过提交“待打印数字”这个任务给下一个线程）。

下面以第二种方式进行代码分析，比如当前线程通过submit给下一个线程一个“待打印数字”的任务，这样很容易想到使用只包含1个线程的线程池来实现，示例代码如下：

public class DemoTask implements Runnable {        // 主线程要等待线程打印完毕，使用CountDownLatch通知机制      private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);      private static List<ExecutorService> threadList = new ArrayList<>();      private static final int MAX = 1024;      private static int current = 1;        @Override      public void run() {          if (current <= MAX) {              System.out.println(current++);              threadList.get(current % threadList.size()).submit(new DemoTask());          } else {              countDownLatch.countDown();          }      }        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {          for (int i = 0; i < 3; i++) {              threadList.add(Executors.newFixedThreadPool(1));          }            threadList.get(0).submit(new DemoTask());          countDownLatch.await();          threadList.forEach(ExecutorService::shutdown);      }  }

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