力扣-多线程专项（一）（按序打印、交替打印、打印零与奇偶数）

1114. 按序打印

我们提供了一个类：

public class Foo {
    
    
  public void first() {
    
     print("first"); }
  public void second() {
    
     print("second"); }
  public void third() {
    
     print("third"); }
}

三个不同的线程将会共用一个 Foo 实例。

线程 A 将会调用 first() 方法
线程 B 将会调用 second() 方法
线程 C 将会调用 third() 方法

请设计修改程序，以确保 second() 方法在 first() 方法之后被执行，third() 方法在 second() 方法之后被执行。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-in-order

示例 1:
输入: [1,2,3]
输出: “firstsecondthird”
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 first() 方法，线程 B 将会调用 second() 方法，线程 C 将会调用 third() 方法。
正确的输出是 “firstsecondthird”。
示例 2:
输入: [1,3,2]
输出: “firstsecondthird”
解释:
输入 [1,3,2] 表示线程 A 将会调用 first() 方法，线程 B 将会调用 third() 方法，线程 C 将会调用 second() 方法。
正确的输出是 “firstsecondthird”。

提示：

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。
你看到的输入格式主要是为了确保测试的全面性。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-in-order

官方题解

class Foo {
    
    

    private AtomicInteger firstJobDone=new AtomicInteger(0);
    private AtomicInteger secondJobDone=new AtomicInteger(0);
    public Foo() {
    
    
       
        
    }

    public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
    
    
        
        // printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
        printFirst.run();
        //mark the first job as done,by increasing its count
        firstJobDone.incrementAndGet();
    }

    public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
    
    
        while(firstJobDone.get()!=1)
        {
    
    
            // waiting for the first job to be done
        }

       
        // printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
        printSecond.run();
        //mark the second as done,by increasing its count
        secondJobDone.incrementAndGet();
    }

    public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
    
    
        while(secondJobDone.get()!=1)
        {
    
    
            //waiting for the second job to be done
        }
        // printThird.run() outputs "third". Do not change or remove this line.
        printThird.run();
    }
}

构造执行屏障实现

我们使用一个 Ojbect 对象 lock 实现所有执行屏障的锁对象，两个布尔型对象 firstFinished，secondFinished 保存屏障消除的条件。

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作者：pulsaryu
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-in-order/solution/gou-zao-zhi-xing-ping-zhang-shi-xian-

class Foo {
    
    
 private boolean firstFinished;
 private boolean secondFinished;
 private Object lock=new Object();
   
    public Foo() {
    
    
       
        
    }

    public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
    
    
        
        synchronized(lock)
        {
    
    
           // printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
           printFirst.run();
           firstFinished=true;
           lock.notifyAll();
        }                   
    }

    public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
    
        
        synchronized(lock)
        {
    
    
            while(firstFinished==false)
            {
    
    
                lock.wait();//当他拿到锁时，如果第一个线程没执行，他就释放这个锁（这样第一个线程就有机会拿到锁了）
            }
          // printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
          printSecond.run();
          secondFinished=true;
           lock.notifyAll();
        }                
    }

    public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
    
    
       
       synchronized(lock)
       {
    
    
        while(!secondFinished)
            {
    
    
             lock.wait();
            }
     // printThird.run() outputs "third". Do not change or remove this line.
        printThird.run();
        //lock.notifyAll();//不用通知其他线程，因为它肯定是最后执行的
       }
       
    }
}

1115. 交替打印FooBar

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

本地运行完整代码

package LeetCode.MultiThread;

public class jiaotiFooBar implements Runnable {
    
    

    FooBar foobar=new FooBar(100);
    public static void main(String[] args) {
    
    

        jiaotiFooBar jiaotiFooBar = new jiaotiFooBar();
        new Thread(jiaotiFooBar,"1").start();
        new Thread(jiaotiFooBar,"2").start();
    }
    @Override
    public void run() {
    
    
        if(Thread.currentThread().getName()=="1")
        {
    
    
            try {
    
    
                foobar.foo();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if(Thread.currentThread().getName()=="2")
        {
    
    
            try {
    
    
                foobar.bar();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

class FooBar{
    
    
    private int n;
    boolean fooFlag=false;
    boolean barFlag=false;
    volatile  boolean fooFirstRun=false;
    public FooBar(int n) {
    
    
        this.n = n;
    }

    public synchronized void foo() throws InterruptedException {
    
    

            for (int i = 0; i < n; i++) {
    
    
                        if(fooFirstRun)//如果已经打印过foo，打印foo的线程先等待
                        {
    
    
                          wait();
                        }
                    System.out.print("foo");
                fooFirstRun=true;
                   notify();
            }
        }

    public synchronized void bar() throws InterruptedException {
    
    
        for (int i = 0; i < n; i++) {
    
    

            if (!fooFirstRun) {
    
    
                wait();//如果还没打印foo，打印bar的线程先等待
            }
                System.out.print("bar");

            fooFirstRun=false;
            notify();
        }
    }
}

解法2

记套路模板：
1、AtomicInteger 标记量
2、锁资源
3、wait、notify/notifyAll 的使用(变种就是本文中的 await 和 singal)
4、条件阻塞
5、循环条件（一般都是最外层）

class FooBar {
    
    
    private int n;
    private AtomicInteger flag = new AtomicInteger(0);
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition1 = lock.newCondition();
    private Condition condition2 = lock.newCondition();

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

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
    
    
        for (int i = 0; i < n; i++) {
    
    
            lock.lock();
            try {
    
    
                while (flag.get() != 0) {
    
    
                    condition1.await();
                }

                printFoo.run();
                flag.set(1);
                condition2.signal();
            } finally {
    
    
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
    
    
        for (int i = 0; i < n; i++) {
    
    
            lock.lock();
            try {
    
    
                while (flag.get() != 1) {
    
    
                    condition2.await();
                }

                printBar.run();
                flag.set(0);
                condition1.signal();
            } finally {
    
    
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}


作者：leetcoder-youzg
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-foobar-alternately/solution/java-yi-fa-tong-tong-mo-fa-by-leetcoder-fhqql/
来源：力扣（LeetCode）
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

1116. 打印零与奇偶数

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-zero-even-odd

我的解法
自己写了两个小时，不管力扣过不过，先贴在这，至少自己本地测试是没有问题的

package LeetCode.MultiThread;


public class printZero implements Runnable{
    
    
        ZeroEvenOdd zeroEvenOdd=new ZeroEvenOdd(10);

        public static void main(String[] args) {
    
    
        printZero printZero=new printZero();
        new Thread(printZero,"1").start();
        new Thread(printZero,"2").start();
        new Thread(printZero,"3").start();
    }

    @Override
    public void run() {
    
    
        if(Thread.currentThread().getName()=="1")
        {
    
    
            try {
    
    
                zeroEvenOdd.zero();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if(Thread.currentThread().getName()=="2") //线程2调用even()
        {
    
    
            try {
    
    
                zeroEvenOdd.even();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if(Thread.currentThread().getName()=="3")
        {
    
    
            try {
    
    
                zeroEvenOdd.Odd();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

class ZeroEvenOdd{
    
    
    private int n;
    boolean firstFinished=false;
    boolean secondFinished=false;
    boolean thirdFinished=true;//为了满足第一个线程的执行条件,设置为true
    boolean hasOddtran=false;//bug：会出现偶数线程比单数线程先执行，这样程序无法正常结束,所以设一个标志位，最开始让奇数线程（Odd）先执行
    public ZeroEvenOdd(int n) {
    
    
        this.n = n;
    }
    public synchronized void zero() throws InterruptedException {
    
    

            for (int i =1; i <= n; i++) {
    
    
                if(!((thirdFinished||secondFinished)&&!firstFinished))//如果不是（第2或第3个线程执行完毕且第一个线程未执行）就释放锁
                {
    
    
                    wait();
                }
                System.out.print(0);
                firstFinished=true;
                secondFinished=false;
                thirdFinished=false;
                notifyAll();//因为剩余两个线程，所以要用notifyAll()
            }
    }
    public synchronized void even() throws InterruptedException {
    
    

        for (int i = 1; i <= n; i++) {
    
    
            if(!(firstFinished&&!secondFinished)||hasOddtran==false)//如果不是（第一个线程执行完毕，且第二个线程未执行）就释放锁
            {
    
    
                wait();
            }
            if(i%2==0)//打印偶数
            {
    
    
                System.out.print(i);
                secondFinished=true;
                firstFinished=false;
                thirdFinished=false;
                notifyAll();
            }
        }
    }
    public synchronized void Odd() throws InterruptedException {
    
    

        for (int i = 1; i <= n; i++) {
    
    
            if( !(firstFinished&&!thirdFinished))//如果不是（第一个线程执行完毕，第三个线程未执行）就释放锁
            {
    
    
                wait();
            }
            if(i%2==1)//打印奇数
            {
    
    
                System.out.print(i);
                thirdFinished=true;
                secondFinished=false;
                firstFinished=false;
                hasOddtran=true;
                notifyAll();
            }
        }
    }
}

测试结果
力扣测试的话是奇数先打印完，才打印的偶数，而且当测试用例是奇数时，会超时，搞不懂

可以通过的题解
解题思路

下标从1开始数：
0占奇数下标（即i%2 == 1）；
偶数占4的倍数的下标（即i/2%2 == 0）；
奇数占其它下标（即i/2%2 == 1）；

作者：WeitongBai
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-zero-even-odd/solution/100shi-jian-jie-fa-xia-biao-biao-ji-ling-qi-ou-by-/

  class ZeroEvenOdd2 {
    
    
    private int n;
    private int i = 1;
    public ZeroEvenOdd2(int n) {
    
    
        this.n = n;
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void zero() throws InterruptedException {
    
    
        synchronized(this){
    
    
            while(true){
    
    
                while (i <= 2 *n && i%2 == 0) wait();
                if (i > 2*n) break;
                //printNumber.accept(0);
                System.out.print(0);
                i++;
                notifyAll();
            }
        }
    }

    public void even() throws InterruptedException {
    
    
        synchronized(this){
    
    
            while(true){
    
    
                while (i <= 2*n && (i%2 == 1 || (i%2 == 0 && i/2%2 == 1))) wait();
                if(i > 2*n) break;
              //  printNumber.accept(i/2);
                System.out.print(i/2);
                i++;
                notifyAll();
            }
        }
    }

    public void odd() throws InterruptedException {
    
    
        synchronized(this){
    
    
            while(true){
    
    
                while (i <= 2*n &&(i%2 == 1 || (i%2 == 0 && i/2%2 == 0))) wait();
                if(i > 2*n) break;
                //printNumber.accept(i/2);
                System.out.print(i/2);
                i++;
                notifyAll();
            }
        }
    }
}

解题思路2

可以通过Thread.yeild()释放CPU资源，
其实本题想表达的意思就是A、B、C三个线程共同的协作，保证:

1.B执行前要A先执行，C执行前要A先执行
2.C要在B执行之前
3.保证输出 n * 2个数(其中有n个0)

说白了就是不管先输出奇数，还是先输出偶数，先输出0。且奇数优先输出于偶数。

那么咱就开始控制这个流程就好了

1.首先执行的是A线程，然后由A线程控制下一个阶段，核心控制
2.由控制器来控制放行的是B还是C。默认

private volatile boolean control = true;

保证C先执行。
3.当C先执行完，将控制器“翻面”，然后回退到A线程去处理。

作者：zong-you-yi-tian
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-zero-even-odd/solution/qi-shi-tong-xian-qian-liang-dao-ti-yi-yang-wo-men-/
来源：力扣（LeetCode）

class ZeroEvenOdd {
    
    

        private int n;

        private volatile int state;

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

        public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
    
    
            for (int i = 0; i < n; i++) {
    
    
                while (state != 0) {
    
    
                    Thread.yield();
                }
                printNumber.accept(0);
                if (i % 2 == 0) {
    
    
        			state = 1;
    			} else {
    
    
        			state = 2;
    			}
            }
        }

        public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
    
    
            for (int i = 2; i <= n; i += 2) {
    
    
                while (state != 2) {
    
    
                    Thread.yield();
                }
                printNumber.accept(i);
                state = 0;
            }
        }

        public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
    
    
            for (int i = 1; i <= n; i += 2) {
    
    
                while (state != 1) {
    
    
                    Thread.yield();
                }
                printNumber.accept(i);
                state = 0;
            }
        }
    }

解题思路3

通过三个信号量来控制
zero方法中的for表示要输出的0个次数，同时用来控制要唤醒偶数还是奇数方法
even方法用来输出偶数同时唤醒zero方法
odd方法用来输出奇数同时唤醒zero方法

作者：dan-xie-6
链接：https://leetcode-cn.com/problems/print-zero-even-odd/solution/xin-hao-liang-jie-jue-by-dan-xie-6/

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.function.IntConsumer;

class ZeroEvenOdd {
    
    
    private int n;
    private Semaphore zero = new Semaphore(1);
    private Semaphore even = new Semaphore(0);
    private Semaphore odd = new Semaphore(0);

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

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
    
    
        for (int i=1;i<=n;i++){
    
    
            zero.acquire();
            printNumber.accept(0);
            if(i%2==1){
    
    
                odd.release();
            }else{
    
    
                even.release();
            }
        }
    }

    public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
    
    
        for (int i=2;i<=n;i+=2){
    
    
            even.acquire();
            printNumber.accept(i);
            zero.release();
        }
    }

    public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
    
    
        for (int i=1;i<=n;i+=2){
    
    
            odd.acquire();
            printNumber.accept(i);
            zero.release();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        ZeroEvenOdd zeroEvenOdd = new ZeroEvenOdd(6);
        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                zeroEvenOdd.zero(System.out::print);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                zeroEvenOdd.even(System.out::print);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                zeroEvenOdd.odd(System.out::print);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}