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Java五种方式实现多线程循环打印问题

作者:北城酒卿  发布时间:2023-03-07 20:34:12 

标签:Java,多线程,循环打印
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  • wait-notify

  • join方式

  • ReentrantLock

  • ReentrantLock+Condition

  • Semaphore

三个线程T1、T2、T3轮流打印ABC,打印n次,如ABCABCABCABC…
N个线程循环打印1-100…

wait-notify

循环打印问题可以通过设置目标值,每个线程想打印目标值,如果拿到锁后这次轮到的数不是它想要的就进入wait


class Wait_Notify_ABC {
   private int num;
   private static final Object Lock = new Object();

private void print_ABC(int target) {
       synchronized (Lock) {
           //循环打印
           for (int i = 0; i < 10; i++) {
               while (num % 3 != target) {
                   try {
                       Lock.wait();
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
               num++;
               System.out.print(Thread.currentThread().getName());
               Lock.notifyAll();
           }
       }
   }

public static void main(String[] args) {
       Wait_Notify_ABC wait_notify_abc = new Wait_Notify_ABC();
       new Thread(() -> {
           wait_notify_abc.print_ABC(0);
       }, "A").start();
       new Thread(() -> {
           wait_notify_abc.print_ABC(1);
       }, "B").start();
       new Thread(() -> {
           wait_notify_abc.print_ABC(2);
       }, "C").start();
   }
}

打印1-100问题可以理解为有个全局计数器记录当前打印到了哪个数,其它就和循环打印ABC问题相同。


class Wait_Notify_100 {

private int num;
   private static final Object LOCK = new Object();
   private int maxnum = 100;

private void printABC(int targetNum) {
       while (true) {
           synchronized (LOCK) {
               while (num % 3 != targetNum) {
                   if (num >= maxnum) {
                       break;
                   }
                   try {
                       LOCK.wait();
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
               if (num >= maxnum) {
                   break;
               }
               num++;
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + num);
               LOCK.notifyAll();
           }
       }

}

public static void main(String[] args) {
       Wait_Notify_100 wait_notify_100 = new Wait_Notify_100();
       new Thread(() -> {
           wait_notify_100.printABC(0);
       }, "thread1").start();
       new Thread(() -> {
           wait_notify_100.printABC(1);
       }, "thread2").start();
       new Thread(() -> {
           wait_notify_100.printABC(2);
       }, "thread3").start();
   }
}

join方式

一个线程内调用另一个线程的join()方法可以让另一个线程插队执行,比如Main方法里调用了A.join(),那么此时cpu会去执行A线程中的任务,执行完后再看Main是否能抢到运行权。所以对于ABC,我们可以对B说让A插队,对C说让B插队


class Join_ABC {
   static class printABC implements Runnable {
       private Thread beforeThread;

public printABC(Thread beforeThread) {
           this.beforeThread = beforeThread;
       }

@Override
       public void run() {
           if (beforeThread != null) {
               try {
                   beforeThread.join();
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
           System.out.print(Thread.currentThread().getName());
       }
   }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       for (int i = 0; i < 10; i++) {
           Thread t1 = new Thread(new printABC(null), "A");
           Thread t2 = new Thread(new printABC(t1), "B");
           Thread t3 = new Thread(new printABC(t2), "C");
           t1.start();
           t2.start();
           t3.start();
           Thread.sleep(100);
       }
   }
}

ReentrantLock

同理,synchronized和reentrantlock都是我们常用的加锁方式,不过后者可以中断,可以实现公平锁,可以使用condition…但是需要我们手动释放锁。jdk8后二者性能差不多,毕竟synchronized有锁升级的过程嘛。


class ReentrantLock_ABC {

private int num;  
   private Lock lock = new ReentrantLock();

private void printABC(int targetNum) {
       for (int i = 0; i < 100; ) {
           lock.lock();
           if (num % 3 == targetNum) {
               num++;
               i++;
               System.out.print(Thread.currentThread().getName());
           }
           lock.unlock();
       }
   }

public static void main(String[] args) {
       Lock_ABC lockABC = new Lock_ABC();

new Thread(() -> {
           lockABC.printABC(0);
       }, "A").start();

new Thread(() -> {
           lockABC.printABC(1);
       }, "B").start();

new Thread(() -> {
           lockABC.printABC(2);
       }, "C").start();
   }
}

ReentrantLock+Condition

以上方式如果线程抢到锁后发现自己无法执行任务,那么就释放,然后别的线程再抢占再看是不是自己的…这种方式比较耗时,如果我们能实现精准唤醒锁呢,即A完成任务后唤醒它的下一个即B,这就用到我们的Condition啦


class ReentrantLock_Condition_ABC {

private int num;
   private static Lock lock = new ReentrantLock();
   private static Condition c1 = lock.newCondition();
   private static Condition c2 = lock.newCondition();
   private static Condition c3 = lock.newCondition();

private void printABC(int targetNum, Condition currentThread, Condition nextThread) {
       for (int i = 0; i < 100; ) {
           lock.lock();
           try {
               while (num % 3 != targetNum) {
                   currentThread.await();  //阻塞当前线程
               }
               num++;
               i++;
               System.out.print(Thread.currentThread().getName());
               nextThread.signal();    //唤醒下一个线程
           } catch (Exception e) {
               e.printStackTrace();
           } finally {
               lock.unlock();
           }
       }
   }

public static void main(String[] args) {
       ReentrantLock_Condition_ABC reentrantLockConditionAbc = new ReentrantLock_Condition_ABC();
       new Thread(() -> {
           reentrantLockConditionAbc.printABC(0, c1, c2);
       }, "A").start();
       new Thread(() -> {
           reentrantLockConditionAbc.printABC(1, c2, c3);
       }, "B").start();
       new Thread(() -> {
           reentrantLockConditionAbc.printABC(2, c3, c1);
       }, "C").start();
   }
}

Semaphore

小伙伴们有没有想到过,在生产者消费者模型中我们有哪几种实现方式呢?wait\notify,ReentrantLock,Semaphone,阻塞队列,管道输入输出流。
对的就是Semaphone。
Semaphore有acquire方法和release方法。 当调用acquire方法时线程就会被阻塞,直到获得许可证为止。 当调用release方法时将向Semaphore中添加一个许可证。如果没有获取许可证的线程, Semaphore只是记录许可证的可用数量。
使用Semaphore也可以实现精准唤醒。


class SemaphoreABC {

private static Semaphore s1 = new Semaphore(1); //因为先执行线程A,所以这里设s1的计数器为1
   private static Semaphore s2 = new Semaphore(0);
   private static Semaphore s3 = new Semaphore(0);

private void printABC(Semaphore currentThread, Semaphore nextThread) {
       for (int i = 0; i < 10; i++) {
           try {
               currentThread.acquire();       //阻塞当前线程,即信号量的计数器减1为0
               System.out.print(Thread.currentThread().getName());
               nextThread.release();          //唤醒下一个线程,即信号量的计数器加1
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
   }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       SemaphoreABC printer = new SemaphoreABC();
       new Thread(() -> {
           printer.printABC(s1, s2);
       }, "A").start();
       Thread.sleep(100);
       new Thread(() -> {
           printer.printABC(s2, s3);
       }, "B").start();
       Thread.sleep(100);
       new Thread(() -> {
           printer.printABC(s3, s1);
       }, "C").start();
   }
}

来源:https://blog.csdn.net/weixin_46263596/article/details/121909171

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