前提

今天下班时候和同事聊天偶然听到面试题“两个线程交替打印奇数和偶数”的实现,这里做一个复盘。

复盘

场景一:线程A打印奇数,线程B打印偶数,线程A和线程B交替打印,使用对象监视器实现。

场景二:线程A打印奇数,线程B打印偶数,线程A和线程B交替打印,使用JDK提供的并发类库实现。

这两个场景中,场景一是一种比较古老的同步方式,本质由JVM实现;场景二是JDK1.5引入JUC包之后简化了并发编程的前提下的更简便的实现。下面针对两个场景做对应的实现。

场景一

场景一中,线程A和线程B交替打印奇数和偶数,使用对象监视器实现,通俗来说:线程A或线程B只要有一者竞争锁成功,就打印++i,通知其他线程从等待集合中释放,然后自身线程加入等待集合并且释放锁即可。

public class OddEvenPrinter {

    private final Object monitor = new Object();
    private final int limit;
    private volatile int count;

    public OddEvenPrinter(int limit, int initCount) {
        this.limit = limit;
        this.count = initCount;
    }

    public void print() {
        synchronized (monitor) {
            while (count < limit) {
                try {
                    System.out.println(String.format("线程[%s]打印数字:%d", Thread.currentThread().getName(), ++count));
                    monitor.notifyAll();
                    monitor.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    //ignore
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        OddEvenPrinter printer = new OddEvenPrinter(10, 0);
        Thread thread1 = new Thread(printer::print, "thread-1");
        Thread thread2 = new Thread(printer::print, "thread-2");
        thread1.start();
        thread2.start();
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    }
}

执行后的输出结果:

线程[thread-1]打印数字:1
线程[thread-2]打印数字:2
线程[thread-1]打印数字:3
线程[thread-2]打印数字:4
线程[thread-1]打印数字:5
线程[thread-2]打印数字:6
线程[thread-1]打印数字:7
线程[thread-2]打印数字:8
线程[thread-1]打印数字:9
线程[thread-2]打印数字:10

场景二

场景二中,如果需要使用JUC中提供的并发类库,可以考虑和对象监视器功能接近的可重入锁ReentrantLock。具体代码如下:

public class OddEvenPrinterEx {

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();

    private final int limit;
    private volatile int count;

    public OddEvenPrinterEx(int limit, int initCount) {
        this.limit = limit;
        this.count = initCount;
    }

    public void print()  {
        lock.lock();
        try {
           while (count < limit){
               System.out.println(String.format("线程[%s]打印数字:%d", Thread.currentThread().getName(), ++count));
               condition.signalAll();
               try {
                   condition.await();
               } catch (InterruptedException e) {
                   //ignore
               }
           }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        OddEvenPrinterEx printer = new OddEvenPrinterEx(10, 0);
        Thread thread1 = new Thread(printer::print, "thread-1");
        Thread thread2 = new Thread(printer::print, "thread-2");
        thread1.start();
        thread2.start();
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    }
}

执行后的输出结果:

线程[thread-2]打印数字:1
线程[thread-1]打印数字:2
线程[thread-2]打印数字:3
线程[thread-1]打印数字:4
线程[thread-2]打印数字:5
线程[thread-1]打印数字:6
线程[thread-2]打印数字:7
线程[thread-1]打印数字:8
线程[thread-2]打印数字:9
线程[thread-1]打印数字:10

眼尖的可能看到这里是先由thread-2打印奇数,然后thread-1打印偶数,这个和同步器框架的等待队列以及同步队列的竞争有关。

小结

这个问题有很多种解决思路,但是目前笔者没想到无锁实现方案。很多现成的(参考多个博客)方案里面都是使用各种多重同步或者加锁,其实意义是不大,实际上要理解对象监视器和同步器框架AQS的一些原理,那么实现起来自然比较简单。参看笔者之前写的两篇文章:

(本文完 c-1-d e-a-20190520)