leetcode多线程：1114~1117（Python）解题记录

一、按序打印（1114）

我们提供了一个类：

public class Foo {
  public void one() { print("one"); }
  public void two() { print("two"); }
  public void three() { print("three"); }
}

三个不同的线程将会共用一个 Foo 实例。

线程 A 将会调用 one() 方法
线程 B 将会调用 two() 方法
线程 C 将会调用 three() 方法
请设计修改程序，以确保 two() 方法在 one() 方法之后被执行，three() 方法在 two() 方法之后被执行。

示例 1:

输入: [1,2,3]
输出: "onetwothree"
解释: 
有三个线程会被异步启动。
输入 [1,2,3] 表示线程 A 将会调用 one() 方法，线程 B 将会调用 two() 方法，线程 C 将会调用 three() 方法。
正确的输出是 "onetwothree"。
示例 2:

输入: [1,3,2]
输出: "onetwothree"
解释: 
输入 [1,3,2] 表示线程 A 将会调用 one() 方法，线程 B 将会调用 three() 方法，线程 C 将会调用 two() 方法。
正确的输出是 "onetwothree"。

注意:

尽管输入中的数字似乎暗示了顺序，但是我们并不保证线程在操作系统中的调度顺序。

代码如下：

from threading import Lock
class Foo:
    def __init__(self):
        self.lock1 = Lock()
        self.lock2 = Lock()
        self.lock1.acquire()
        self.lock2.acquire()

    def first(self, printFirst: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # printFirst() outputs "first". Do not change or remove this line.
        printFirst()
        self.lock1.release()


    def second(self, printSecond: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # printSecond() outputs "second". Do not change or remove this line.
        with self.lock1:
            printSecond()
            self.lock2.release()


    def third(self, printThird: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # printThird() outputs "third". Do not change or remove this line.
        with self.lock2:
            printThird()

 

二、交替打印FooBar（1115）

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。

代码如下：

from threading import Semaphore
class FooBar:
    def __init__(self, n):
        self.n = n
        self.seme1 = Semaphore(1)
        self.seme2 = Semaphore(0)

        
    def foo(self, printFoo: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        for i in range(self.n):
            self.seme1.acquire()
            # printFoo() outputs "foo". Do not change or remove this line.
            printFoo()
            self.seme2.release()


    def bar(self, printBar: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        for i in range(self.n):
            # printBar() outputs "bar". Do not change or remove this line.
            self.seme2.acquire()
            printBar()
            self.seme1.release()

 

三、打印零和基础数（1116）

假设有这么一个类：

class ZeroEvenOdd {
  public ZeroEvenOdd(int n) { ... }      // 构造函数
  public void zero(printNumber) { ... }  // 仅打印出 0
  public void even(printNumber) { ... }  // 仅打印出 偶数
  public void odd(printNumber) { ... }   // 仅打印出 奇数
}

相同的一个 ZeroEvenOdd 类实例将会传递给三个不同的线程：

线程 A 将调用 zero()，它只输出 0 。
线程 B 将调用 even()，它只输出偶数。
线程 C 将调用 odd()，它只输出奇数。
每个线程都有一个 printNumber 方法来输出一个整数。请修改给出的代码以输出整数序列 010203040506... ，其中序列的长度必须为 2n。

示例 1：

输入：n = 2
输出："0102"
说明：三条线程异步执行，其中一个调用 zero()，另一个线程调用 even()，最后一个线程调用odd()。正确的输出为 "0102"。
示例 2：

输入：n = 5
输出："0102030405"

代码如下：

from threading import Semaphore
class ZeroEvenOdd:
    def __init__(self, n):
        self.n = n
        self.flag = 1
        self.z = Semaphore()
        self.e = Semaphore()
        self.o = Semaphore()
        self.e.acquire()
        self.o.acquire()
        
	# printNumber(x) outputs "x", where x is an integer.
    def zero(self, printNumber: 'Callable[[int], None]') -> None:
        for i in range(self.n):
            self.z.acquire()
            printNumber(0)
            if self.flag % 2:
                self.o.release()
            else:
                self.e.release()
        
    def even(self, printNumber: 'Callable[[int], None]') -> None:
        for i in range(self.n//2):
            self.e.acquire()
            printNumber(self.flag)
            self.flag += 1
            self.z.release()
        
    def odd(self, printNumber: 'Callable[[int], None]') -> None:
        for i in range(self.n//2 + self.n % 2):
            self.o.acquire()
            printNumber(self.flag)
            self.flag += 1
            self.z.release()

 

四、H2O生成（1117）

现在有两种线程，氢 oxygen 和氧 hydrogen，你的目标是组织这两种线程来产生水分子。

存在一个屏障（barrier）使得每个线程必须等候直到一个完整水分子能够被产生出来。

氢和氧线程会被分别给予 releaseHydrogen 和 releaseOxygen 方法来允许它们突破屏障。

这些线程应该三三成组突破屏障并能立即组合产生一个水分子。

你必须保证产生一个水分子所需线程的结合必须发生在下一个水分子产生之前。

换句话说:

如果一个氧线程到达屏障时没有氢线程到达，它必须等候直到两个氢线程到达。
如果一个氢线程到达屏障时没有其它线程到达，它必须等候直到一个氧线程和另一个氢线程到达。
书写满足这些限制条件的氢、氧线程同步代码。

 

示例 1:

输入: "HOH"
输出: "HHO"
解释: "HOH" 和 "OHH" 依然都是有效解。
示例 2:

输入: "OOHHHH"
输出: "HHOHHO"
解释: "HOHHHO", "OHHHHO", "HHOHOH", "HOHHOH", "OHHHOH", "HHOOHH", "HOHOHH" 和 "OHHOHH" 依然都是有效解。
 

限制条件:

输入字符串的总长将会是 3n, 1 ≤ n ≤ 50；
输入字符串中的 “H” 总数将会是 2n；
输入字符串中的 “O” 总数将会是 n。

代码如下：

from threading import Lock
class H2O:
    def __init__(self):
        self.lock = Lock()
        self.num_h = 0
        self.num_o = 0
        self.release_h = None
        self.release_o = None

    def hydrogen(self, releaseHydrogen: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # releaseHydrogen() outputs "H". Do not change or remove this line.
        self.release_h = releaseHydrogen
        self.control(1, 0)

    def oxygen(self, releaseOxygen: 'Callable[[], None]') -> None:
        
        # releaseOxygen() outputs "O". Do not change or remove this line.
        self.release_o = releaseOxygen
        self.control(0, 1)
    
    def control(self, h, o):
        with self.lock:
            self.num_h += h
            self.num_o += o
            if self.num_h < 2 or self.num_o < 1:
                return
            self.num_h -= 2
            self.num_o -= 1
            
        self.release_h()
        self.release_h()
        self.release_o()