进击谷歌：多线程下程序顺序怎么稳定不乱？

2020 年 4 月 26 日
笔记
技术杂谈, 算法

题目

比如我们有三个方法，类似以下代码

 static void Methond1()
        {
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行 第一个方法==");
        }
        static void Methond2()
        {
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行 第二个方法=======");
        }
        static void Methond3()
        {
           Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行  第三个方法=======");
        }
    }

分别初始化三个线程去执行这三个方法，每个线程执行的方法可以任意指定，但是方法的执行顺序必须是：Methond1=》Methond2=》Methond3

示例：

输入：3，2，1  
第一个线程执行方法3，第二个线程执行方法2，第三个线程执行方法1
输出：Methond1的输出=》Methond2的输出=》Methond3 的输出 ，即：
xxx执行 第一个方法==
xxx执行 第二个方法==
xxx执行 第三个方法==

题解分析

这道题本质上考的是多线程环境资源竞争的问题，在多线程环境下要想以固定某个顺序执行方法，必须要有一个类似屏障的东西来阻止不该执行的线程，或者换句话说必须要有一个机制来顺序化多个线程。这也是我们平时多线程开发环境中必须要面对的问题，现代服务器的cpu都是多核心，我们平时用的最多的java，c#等高级语言是能够利用服务器多核心这个优势的，这里是一个进程内，多线程就可以利用多核心。当然也有一些别的技术，比如Nodejs，虽然执行是单线程的，但是可以利用多进程来提高多物理cpu的利用率。

说的有点远了，接下来还是看这道题，这道题目考验的是多线程下资源的竞争问题和线程间的通信问题，说的直白一点就是：Methond1未执行之前，任何方法都不能执行（这里是指方法内的代码），Methond1执行完之后，会通知执行Methond2的线程，Methond2开始执行，Methond2执行完毕会通知执行Methond3的线程，以此类推。所以这道题的关键在于阻塞某个线程执行和通知某个线程执行。

在很多语言中都提供了lock的机制，或者信号量的机制。这些都是可以实现线程间通信的的解决方案，当然最简单暴力的方式还是通过共享变量的方式来实现通知，虽然有很多缺陷，但是在很多情况下确实是最简单快捷的方案。下边就以c#语言为例：

 class Program
    {
        //把三个方法分别对应到 委托，为了方便执行方法
        static Action FirstAction = Methond1;
        static Action SecondAction = Methond2;
        static Action ThirdAction = Methond3;

        static Dictionary<int, Action> ActionDic = new Dictionary<int, Action>() { { 1, FirstAction }, { 2, SecondAction }, { 3, ThirdAction } };
        static void Main(string[] args)
        {
            while (true)
            {
                Console.WriteLine("请输入顺序");
                var inputStr = Console.ReadLine();
                IsFinish1 = IsFinish2 = false;

                var input = inputStr.Split(",").Select(s => int.Parse(s));
                foreach (var i in input)
                {
                    var method = ActionDic.GetValueOrDefault(i);
                    Thread t = new Thread(method.Invoke);
                    t.Name = "线程" + i;

                    Console.WriteLine($"{t.Name} 执行方法 {method.Method.Name}");
                    t.Start();
                }
            }
        }

        static object objLock = new object();
        static bool IsFinish1 = false; //第一方法是否执行完毕
        static bool IsFinish2 = false; //第二方法是否执行完毕


        static void Methond1()
        {
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行 第一个方法==");
            IsFinish1 = true;

        }
        static void Methond2()
        {
            while (true)
            {
                if (IsFinish1)
                {
                    Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行 第二个方法=======");
                    IsFinish2 = true;
                    break;
                }
            }
        }
        static void Methond3()
        {
            while (true)
            {
                if (IsFinish2)
                {
                    Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行  第三个方法=======");
                    break;
                }
            }
        }
    }

测试执行：

请输入顺序
2,3,1
线程2 执行方法 Methond2
线程3 执行方法 Methond3
线程1 执行方法 Methond1
请输入顺序
线程1 执行 第一个方法==
线程2 执行 第二个方法=======
线程3 执行  第三个方法=======
3,2,1
线程3 执行方法 Methond3
线程2 执行方法 Methond2
线程1 执行方法 Methond1
请输入顺序
线程1 执行 第一个方法==
线程2 执行 第二个方法=======
线程3 执行  第三个方法=======

不要太纠结以上的代码，以上只是作为抛砖引玉的作用，就算是有执行错误，思路我觉得还是没有问题的，当然确实有很多要优化的地方，比如等待执行的线程一直在耗费cpu资源的情况，可以替换为自旋锁或者混合锁，有兴趣的同学可以进行优化一番。

另辟蹊径

但是，作为语法很优秀的c#怎么能就此止步呢？c#本身提供了Task的机制，可以把它看做是类似golang的协程（虽然不是很像）。基于task的机制我们很容易就完成，task的 ContinueWith机制就是为此而生的，它可以很方便的把多个并行的task串行化，有兴趣的同学可以试一下，但是我要说的并非ContinueWith。既然要执行的顺序化，如果我把执行的代码放在有顺序的容器中，然后按照顺序去执行，岂不快哉？不多废话：

class TaskTest
    {
        static Func<Task> FirstAction = Methond1;
        static Func<Task> SecondAction = Methond2;
        static Func<Task> ThirdAction = Methond3;
        static Dictionary<int, Func<Task>> ActionDic = new Dictionary<int, Func<Task>>() { { 1, FirstAction }, { 2, SecondAction }, { 3, ThirdAction } };
        static Func<Task>[] tList = new Func<Task>[3];
       public static void Start()
        {
            while (true)
            {
                Console.WriteLine("请输入顺序");
                var inputStr = Console.ReadLine();
             
                var input = inputStr.Split(",").Select(s => int.Parse(s));
                foreach (var i in input)
                {
                    var method = ActionDic.GetValueOrDefault(i);
                    tList[i-1] = method;
                }
                foreach (var t in tList)
                {
                    t.Invoke().Wait();
                }
            }
        }

        static Task Methond1()
        {
           return Task.Run(()=> {
                Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行 第一个方法==");
            });
        }
        static Task Methond2()
        {
           return  Task.Run(() => {
                Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行 第二个方法=======");
            });
        }
        static Task Methond3()
        {
            return Task.Run(() => {
                Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 执行  第三个方法=======");
            });
        }
    }

测试：

请输入顺序
2,3,1
 执行 第一个方法==
 执行 第二个方法=======
 执行  第三个方法=======
请输入顺序
3,2,1
 执行 第一个方法==
 执行 第二个方法=======
 执行  第三个方法=======
请输入顺序
1,3,2
 执行 第一个方法==
 执行 第二个方法=======
 执行  第三个方法=======
请输入顺序

是不是很爽，毫不犹豫的说c#是一门很优秀的语言，在并发方面做的很优秀。以上Task的代码并非是最优代码，比如可以用Await来代替 wait（），这样的话在真实环境中可以释放当前线程来提高吞吐量，记住：await方式提高的吞吐量，并非缩短了单次请求的执行时间。

Tags: 技术杂谈算法