Java多线程刷题(LeetCode-1115. 交替打印FooBar)

ACM刷题
Java学习笔记

我们提供一个类：

class FooBar {
  public void foo() {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
      print("foo");
    }
  }

  public void bar() {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
      print("bar");
    }
  }
}
两个不同的线程将会共用一个 FooBar 实例。其中一个线程将会调用 foo() 方法，另一个线程将会调用 bar() 方法。

请设计修改程序，以确保 "foobar" 被输出 n 次。

 

示例 1:

输入: n = 1
输出: "foobar"
解释: 这里有两个线程被异步启动。其中一个调用 foo() 方法, 另一个调用 bar() 方法，"foobar" 将被输出一次。
示例 2:

输入: n = 2
输出: "foobarfoobar"
解释: "foobar" 将被输出两次。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-foobar-alternately
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code
方法一:采用加锁的形式
确保被锁住的区域在同一时刻只能被一个线程访问,再通一个变量来控制具体被哪个线程访问(状态切换),缺点,可能同一个线程多次持有锁,但当前状态不是该线程的访问状态,导致线程又退出去wait(),这样的重复操作浪费了CPU的资源
当然,这里也可以采用Lock锁来实现

class FooBar {
    private int n;
    private boolean fooTurn = true;
    private Object lock = new Object();
    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
    }

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            
            synchronized(lock) {
                if (!fooTurn) lock.wait();
                fooTurn = false;
                // printFoo.run() outputs "foo". Do not change or remove this line.
                printFoo.run();
                lock.notifyAll();
            }
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            
            synchronized(lock) {
                if (fooTurn) lock.wait(); // wait之后就得等待唤醒,然后再等待os调度
                fooTurn = true;
                // printBar.run() outputs "bar". Do not change or remove this line.
        	    printBar.run();
                lock.notifyAll();
            }
        }
    }
}

信号量法
这也是一种比较常见的解法,在多线程共享一部分资源的时候,信号量提供了解决方法,这里每一时刻只用一个线程访问资源

import java.util.concurrent.Semaphore;
class FooBar {
    private int n;
    private Semaphore foo;
    private Semaphore bar;
    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
        foo = new Semaphore(1); // 当前有一个可用信号量
        bar = new Semaphore(0); // 当前有0个可用信号量
    }

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            foo.acquire(); // 请求一个信号量,该方法阻塞
            printFoo.run();
            bar.release(); // 释放一个信号量,类似通知
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            bar.acquire();
            printBar.run();
            foo.release();
        }
    }
}

生产者-消费者模型：阻塞列队实现

import java.util.concurrent.*;
class FooBar {
    private int n;
    private BlockingQueue<Integer> p = new ArrayBlockingQueue<>(1);
    private BlockingQueue<Integer> t = new ArrayBlockingQueue<>(1);
    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
        try{
            p.put(1);
        }catch(InterruptedException e){

        }
    }

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            p.take(); // 我开所生产了
            printFoo.run();
            t.put(1); // 我生产完了
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            t.take(); // 我尝试开所消费
            printBar.run();
            p.put(1); // 我消费完了,你可以生产了
        }
    }
}

超时举例–无锁
无锁,但是会导致长时间占用CPU资源,出现许多循环轮空的状态,浪费计算资源,其他线程等待

class FooBar {
    private int n;

    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
    }

    volatile boolean permitFoo = true;

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {     
        // 无锁,但是会导致长时间占用CPU资源,出现许多循环轮空的状态,浪费计算资源,其他线程等待
        for (int i = 0; i < n; ) {
            if(permitFoo) {
            	printFoo.run();
            	i++;
            	permitFoo = false;
            }
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {       
        for (int i = 0; i < n; ) {
            if(!permitFoo) {
                printBar.run();
                i++;
                permitFoo = true;
            }
        }
    }
}