三线程循环打印ABC

面试遇到三线程循环打印ABC的题目，当时没写出来，然后经过查阅，进行整理了一下。

1、题目

有A、B、C 三个线程，A线程 输出“A”，B线程 输出“B”，C线程 输出“C”，要求同时启动3个线程，按照顺序输出“ABC”，循环10次，请使用代码实现。

2、问题分析

1. A、B、C 三个线程；这表示我们要使用多线程同步，有人说了这不废话吗。是的，笔者只是想说，多线程的实现，有几种方式，①继承Thread，②实现Runnable 接口、③实现Cannable接口
2. A线程 输出“A”，B线程 输出“B”，C线程 输出“C”：这意味着，3个线程之间的执行体run()不同，要想打印的字符串不同有两种方式；
   • ① 采用静态方式，直接打印
     • 这种方式，显然，需要3个不同的执行体，也就意味着，我们要实现三个不同的线程类，即3个Class
   • ②采用构造器参数动态传递方式，将要打印ABC 分别作为参数变量传递进来打印
     • 这种方式，只需要1个共同的执行体，也就是只需要实现一个线程类，即1个Class。
3. 按照顺序输出“ABC”：这表示，我们要控制线程的顺序，控制线程的顺序有哪些？
   • 采用共享标识 ，对循环的序号进行控制，如：循环总数 %3 的余数，来指定应该对应的哪一个线程
   • 采用互斥锁 ：①synchronized和Obejct的wait()、notify，②ReentrantLock和Condition类await 、signal
   • 采用原子类型变量 ：如，AtomicInteger
4. 循环打印10次：这说明，我们需要定义一个线程共享变量static int currentCount

3、解题方案

网上有各种解题方案，我们一一分析一下

1> 通过线程独有属性来指定线程

采用线程的独有变量，或使指定其名字，通过switch或者if 判读 循环变量。代码如下：

public class Test extends Thread {
	private static int currentCount = 0;
	public Test(String name) {
		this.setName(name);
	}

	@Override
	public void run() {
		while (currentCount < 30) {
			switch (currentCount % 3) {//通过currentCount%3的余数控制线程打印A、B、C的顺序
			case 0:
                //System.out.println("0:"+currentCount+"-");		1
				if ("A".equals(value)) {
					System.out.print(value);
					currentCount++;
				}
				break;
			case 1:
                //System.out.println("0:"+currentCount+"-");		2
				if ("B".equals(value)) {
					System.out.print(value);
					currentCount++;
				}
				break;
			case 2:
                //System.out.println("0:"+currentCount+"-");		3
				if ("C".equals(value)) {
					System.out.print(value);
					currentCount++;
				}
				break;
			}
		}

	}
	public static void main(String[] args) {
		new Test("A").start();
		new Test("B").start();
		new Test("C").start();
	}
}

这种方式，其实3个线程并不是只执行了30次，它还有很多次并没有打印，不信，你可以将1,2,3处注释取消。

那问题来了，为什么最后是打印了10次循环呢？这是由于currentCount++ 只执行了30次，每执行一次currentCount++ ，必定只能打印一个字符，且currentCount 是一个自增长，那么ABC的顺序也是固定的。因此能打印出来正确的结果。但这种方式并不符合多线程的要求，因此不可取。

如果要想只执行 30 次， 那么需要对循环体进行加锁，以此来控制 count 的增长顺序。
如下：

class demo implements Runnable {
    private static int count = 1;
    private String lock = "abc";

    @Override
    public void run() {
        synchronized (lock) {
            while (count < 30) {
                switch (count % 3) {
                    case 1:
                        System.out.printf("A");
                        break;
                    case 2:
                        System.out.printf("B");
                        break;
                    case 0:
                        System.out.printf("C");
                        break;
                }
                count++;
            }
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new demo());
        Thread t2 = new Thread(new demo());
        Thread t3 = new Thread(new demo());
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2> 使用Synchronized和wait/notifyAll

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread(0,"A").start();
        new MyThread(1,"B").start();
        new MyThread(2,"C").start();
    }
}
class MyThread extends Thread {
	private static int currentCount; // 线程共有，判断所有的打印状态
	private static Object obj = new Object(); // 线程锁对象
    private int flag; // 0：打印A；1：打印B；2：打印C
    private String value; 
    
    public MyThread(int flag,String value) {
        this.flag = flag;
        this.value=value;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            synchronized (obj) {
                while (currentCount % 3 != flag) {
                    try {
                        obj.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.print(value); // 执行到这里，表明满足条件，打印
                currentCount++;
                obj.notifyAll(); // 调用notifyAll方法
            }
        }
    }
}

3> 使用Lock和await/signalAll

此方式便是将上面代码中的synchronized 的锁机制替换为lock锁，如下：

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		new MyThread(0, "A").start();
		new MyThread(1, "B").start();
		new MyThread(2, "C").start();
	}
}

class MyThread extends Thread {
	private static int currentCount; // 线程共有，判断所有的打印状态
	private static Lock lock = new ReentrantLock(); // 线程共有，线程锁对象
	private static Condition condition = lock.newCondition();
	private int flag; // 0：打印A；1：打印B；2：打印C
	private String value;

	public MyThread(int flag, String value) {
		this.flag = flag;
		this.value = value;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			lock.lock();
			while (currentCount % 3 != flag) {
				try {
					condition.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					 e.printStackTrace();
				}
			}
			System.out.print(value); // 执行到这里，表明满足条件，打印
			currentCount++;
			condition.signalAll();
			lock.unlock();
		}
	}
}

以上代码采用的是一样是使用同一对象锁的方式。