第一题：
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。
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解法思路：Semaphore(0) ，初始化为0，可使线程在最开始阻塞。列如：在初始化为0的时候，acquire会阻塞，但虽然为0，此时如果release，那么此时也是可以释放一个的。
class FooBar {
private int n;
private Semaphore sp0;
private Semaphore sp1;
public FooBar(int n) {
this.n = n;
sp0 = new Semaphore(0);
sp1 = new Semaphore(0);
}
public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
printFoo.run();
sp0.release();
sp1.acquire();
}
}
public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
sp0.acquire();
printBar.run();
sp1.release();
}
}
}
测试类
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
FooBar foo = new FooBar(5);
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
foo.foo(() -> {
System.out.print("foo");
});
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
foo.bar(() -> {
System.out.print("bar");
});
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
t2.start();
}
第二题：
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"
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解法思路：
s1:输出0的信号量
s2:输出偶数的信号量
s3:输出奇数的信号量
通过三个信号量来控制线程顺序，s1初始化为1，s2、s3初始化为0。这样，最开始输出0，在到奇数时，释放s3，此时，输出奇数，然后释放s1，再输出0，n再加1,此时为偶数，释放s2，输出偶数，再释放s1。以此类推。
class ZeroEvenOdd {
private int n;
private Semaphore s1,s2,s3;
private volatile int num;
public ZeroEvenOdd(int n) {
this.n = n;
s1 = new Semaphore(1);
s2 = new Semaphore(0);
s3 = new Semaphore(0);
num = 0;
}
// printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < n; i++) {
s1.acquire();
printNumber.accept(0);
num++;
if(num % 2 == 1) {
s3.release();
}else {
s2.release();
}
}
}
public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < (int)n/2; i++) {
s2.acquire();
printNumber.accept(num);
s1.release();
}
}
public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < (int)n/2 + n % 2; i++) {
s3.acquire();
printNumber.accept(num);
s1.release();
}
}
}
测试类
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ZeroEvenOdd zeo = new ZeroEvenOdd(10);
IntConsumer printNumber = x -> {
System.out.print(x);
};
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
zeo.zero(printNumber);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
zeo.even(printNumber);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
try {
zeo.odd(printNumber);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
第三题：
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"
来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-in-order
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解法思路：每次得输出一个水分子HH0,也就是两个H一个O，并且是两个H在O之前输出，那么我们可以用两个信号量，H的信号量初始化为2，O的信号量初始化为0，这样在最开始O是阻塞的，H每次释放1，在H输出两次之后，把H的计数变为0，O的信号量释放。此时一个完整的水分子HHO就输出完了，这时在O输出完之后H的信号量释放2个，以此类推，可一直输出完整的水分子。
class H2O {
private Semaphore sph , spo;
private volatile int hcount = 0;
public H2O() {
sph = new Semaphore(2);
spo = new Semaphore(0);
}
public void hydrogen(Runnable releaseHydrogen) throws InterruptedException {
sph.acquire();
// releaseHydrogen.run() outputs "H". Do not change or remove this line.
releaseHydrogen.run();
hcount++;
if(hcount == 2) {
hcount = 0;
spo.release();
}
}
public void oxygen(Runnable releaseOxygen) throws InterruptedException {
spo.acquire();
// releaseOxygen.run() outputs "H". Do not change or remove this line.
releaseOxygen.run();
sph.release(2);
}
}
测试代码
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
H2O h2o = new H2O();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
h2o.hydrogen(() -> {
System.out.print("H");
});
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
h2o.hydrogen(() -> {
System.out.print("H");
});
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread t3 = new Thread(() -> {
try {
h2o.oxygen(() -> {
System.out.print("O");
});
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}