三種方法教你實(shí)現(xiàn)多線程交替打印ABC，干貨滿滿！
1.問題背景
假設(shè)有三個(gè)線程，分別打印字母A、B、C。我們需要讓這三個(gè)線程交替運(yùn)行，按順序打印出“ABCABCABC...”，直到打印一定次數(shù)或者滿足某個(gè)條件。如何通過多線程的協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)呢？這聽起來簡單，實(shí)際涉及到線程之間的同步和互斥，是我們學(xué)習(xí)多線程編程的一個(gè)很好的練習(xí)。
2.多線程編程的挑戰(zhàn)
在多線程編程中，最大的問題就是如何控制多個(gè)線程的執(zhí)行順序。線程是并發(fā)執(zhí)行的，也就是說它們的執(zhí)行順序在沒有約束的情況下是不可預(yù)知的。為了確保多個(gè)線程按照我們期望的順序執(zhí)行，就需要使用一些同步機(jī)制，比如鎖、條件變量、信號(hào)量等。
接下來，我會(huì)帶大家用三種方式來實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)。我們會(huì)分別使用Object的wait()和notify()方法、ReentrantLock與Condition、以及信號(hào)量來實(shí)現(xiàn)多線程交替打印ABC。
3.方案一：使用wait()和notify()
首先，最常用的一種方法是利用Java中Object類自帶的wait()和notify()方法來實(shí)現(xiàn)線程之間的同步。每個(gè)線程在完成它的打印任務(wù)后，通知下一個(gè)線程開始執(zhí)行。
實(shí)現(xiàn)步驟
- 定義一個(gè)共享對(duì)象用來同步。
- 使用wait()讓線程進(jìn)入等待狀態(tài)。
- 使用notify()喚醒下一個(gè)線程。
實(shí)現(xiàn)代碼：
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運(yùn)行結(jié)果：
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在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，我們使用了wait()和notifyAll()方法來控制線程的執(zhí)行順序。每個(gè)線程在不該自己執(zhí)行的時(shí)候調(diào)用wait()方法進(jìn)入等待狀態(tài)，直到被下一個(gè)線程通過notifyAll()方法喚醒。
4.方案二：使用ReentrantLock和Condition
第二種方法是使用ReentrantLock和Condition類。ReentrantLock是Java中更高級(jí)的鎖機(jī)制，可以控制多個(gè)條件變量，而Condition則可以用來替代wait()和notify()的功能。
實(shí)現(xiàn)步驟
- 定義一個(gè)ReentrantLock和多個(gè)Condition。
- 每個(gè)線程等待相應(yīng)的Condition，當(dāng)符合條件時(shí)打印字符并喚醒下一個(gè)線程。
實(shí)現(xiàn)代碼
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運(yùn)行結(jié)果：
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在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，我們使用ReentrantLock和Condition來替代了wait()和notify()。通過lock來確保線程安全，通過Condition來控制每個(gè)線程的執(zhí)行順序。
5.方案三：使用信號(hào)量
最后一種方法是使用Semaphore類。Semaphore是一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)量，可以控制多個(gè)線程之間的協(xié)調(diào)。這里，我們使用三個(gè)信號(hào)量，分別控制線程A、B、C的執(zhí)行。
實(shí)現(xiàn)步驟
定義三個(gè)信號(hào)量semA、semB、semC。
每個(gè)線程在自己的信號(hào)量上等待，打印完成后釋放下一個(gè)線程的信號(hào)量。
實(shí)現(xiàn)代碼
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運(yùn)行結(jié)果：
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在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，信號(hào)量控制了線程的執(zhí)行順序。初始時(shí)，semA的計(jì)數(shù)為1，而semB和semC為0，這保證了線程A先運(yùn)行，然后通過釋放信號(hào)量來依次喚醒線程B和C。
今天我們學(xué)習(xí)了三種實(shí)現(xiàn)多線程交替打印ABC的方法：使用wait()和notify()，使用ReentrantLock和Condition，以及使用信號(hào)量。通過這些方法，我們可以有效地控制線程之間的同步與互斥，解決復(fù)雜的并發(fā)問題。
這三種方法各有優(yōu)劣。wait()和notify()較為基礎(chǔ)，適合簡單的場景；ReentrantLock和Condition提供了更細(xì)粒度的控制，適合復(fù)雜的并發(fā)場景；而Semaphore則是一種經(jīng)典的計(jì)數(shù)信號(hào)量機(jī)制，在某些場景下顯得更加直觀和高效。
