面试题:6种解法-顺序打印A1B2C3

忘是亡心i 2023-09-24 23:26 14阅读 0赞

金不三，银不四的高频面试题，Java 中顺序打印 A1B2C3 是多线程中的一个经典面试问题，其解决方法可以锻炼程序员的多线程编程能力。本文将从多个角度，介绍 Java 中顺序打印 A1B2C3 的实现方式，总共分为如下6种方式：

*  synchronized 和 wait/notify

*  ReentrantLock和Condition

*  Semaphore

*  Phaser

*  AtomicInteger

*  BlockingQueue

### 1. 六大解法 ###

#### 1.1 Synchronized 和 wait/notify ####

synchronized 和 wait/notify 是 Java 中最基本的线程同步和顺序控制机制，可以用来实现顺序打印 A1B2C3。具体实现方式如下：

publicclassPrintA1B2C3_sync_wait_notify {
        privatestaticObjectlock=newObject();
        privatestaticvolatilebooleanprintNumber=false;
        privatestaticintnum=1;
    
        publicstaticvoidmain(String[] args) {
            ThreadA=newThread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    for (charc='A'; c <= 'Z'; c++) {
                        while (printNumber) {
                            try {
                                lock.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                        System.out.print(c);
                        printNumber = true;
                        lock.notify();
                    }
                }
            });
    
            ThreadB=newThread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    while (num <= 26) {
                        while (!printNumber) {
                            try {
                                lock.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                        System.out.print(num);
                        num++;
                        printNumber = false;
                        lock.notify();
                    }
                }
            });
    
            A.start();
            B.start();
        }
    }
    复制代码

以上代码中，线程 A 负责打印字母，线程 B 负责打印数字，通过共享一个锁和一个 volatile 的布尔值，实现了两个线程的顺序控制。

#### 1.2 ReentrantLock 和 Condition ####

ReentrantLock 和 Condition 是 Java 中更高级的线程同步和顺序控制机制，可以用来实现顺序打印 A1B2C3。具体实现方式如下：

publicclassPrintA1B2C3_lock_condition {
        privatestaticReentrantLocklock=newReentrantLock();
        privatestaticConditionletter= lock.newCondition();
        privatestaticConditionnumber= lock.newCondition();
        privatestaticintnum=1;
    
        publicstaticvoidmain(String[] args) {
            ThreadA=newThread(() -> {
                lock.lock();
                try {
                    for (charc='A'; c <= 'Z'; c++) {
                        System.out.print(c);
                        number.signal();
                        if (c < 'Z') letter.await();
                    }
                    number.signal();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            });
    
            ThreadB=newThread(() -> {
                lock.lock();
                try {
                    for (inti=1; i <= 26; i++) {
                        System.out.print(i);
                        letter.signal();
                        if (i < 26) number.await();
                    }
                    letter.signal();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
        });
    
        A.start();
        B.start();
    }
    
    复制代码

以上代码中，线程 A 和线程 B 分别使用了两个 Condition 对象，通过 lock 来保证线程同步，实现了两个线程的顺序控制。

#### 1.3 Semaphore ####

Semaphore 是 Java 中另一种常用的线程同步机制，可以用来实现顺序打印 A1B2C3。具体实现方式如下：

publicclassPrintA1B2C3_semaphore {
        privatestaticSemaphoreletter=newSemaphore(1);
        privatestaticSemaphorenumber=newSemaphore(0);
    
        publicstaticvoidmain(String[] args) {
            ThreadA=newThread(() -> {
                for (charc='A'; c <= 'Z'; c++) {
                    try {
                        letter.acquire();
                        System.out.print(c);
                        number.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            ThreadB=newThread(() -> {
                for (inti=1; i <= 26; i++) {
                    try {
                        number.acquire();
                        System.out.print(i);
                        letter.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
    
            A.start();
            B.start();
        }
    }
    复制代码

以上代码中，线程 A 和线程 B 分别使用了两个 Semaphore 对象，通过 acquire 和 release 方法来保证线程同步，实现了两个线程的顺序控制

#### 1.4 Phaser ####

Phaser 是 Java 7 中引入的线程同步机制，可以用来实现顺序打印 A1B2C3。具体实现方式如下：

publicclassPrintA1B2C3_Phaser{
        privatestaticPhaserphaser=newPhaser(1);
    
        publicstaticvoidmain(String[] args) {
            ThreadA=newThread(() -> {
                for (charc='A'; c <= 'Z'; c++) {
                    System.out.print(c);
                    phaser.arriveAndAwaitAdvance();
                    phaser.register();
                }
            });
    
            ThreadB=newThread(() -> {
                for (inti=1; i <= 26; i++) {
                    phaser.arriveAndAwaitAdvance();
                    System.out.print(i);
                    phaser.register();
                }
            });
    
            A.start();
            B.start();
        }
    }
    
    复制代码

以上代码中，线程 A 和线程 B 分别使用了一个 Phaser 对象，通过 arriveAndAwaitAdvance 和 register 方法来保证线程同步，实现了两个线程的顺序控制

#### 1.5 AtomicInteger ####

也可以使用 Java 的 AtomicInteger类来实现顺序打印 A1B2C3 这个字符串，下面是实现的示例代码：

publicclassPrintA1B2C3_AtomicIntegerextendsThread {
        privatestaticAtomicIntegerindex=newAtomicInteger(0);
        privatestaticfinalStringstr="A1B2C3D4E5";
        privateint threadId;
    
        publicPrintThread(int threadId) {
            this.threadId = threadId;
        }
    
        @Overridepublicvoidrun() {
            while (index.get() < str.length()) {
                intcurrentIdx= index.getAndIncrement();
                if (currentIdx % 2 == threadId) {
                    System.out.println(str.charAt(currentIdx));
                }
            }
        }
    
        publicstaticvoidmain(String[] args) {
            PrintThreadthread1=newPrintThread(0);
            PrintThreadthread2=newPrintThread(1);
            thread1.start();
            thread2.start();
        }
    }
    
    复制代码

代码的主要思路是使用一个静态的 AtomicInteger 类型的变量 index，它会被两个线程共享。每个线程会通过自旋的方式不断地从 index 中获取当前的值，并使用 getAndIncrement() 方法来原子地增加它的值。如果当前的值是奇数，那么线程1就打印字母；如果当前的值是偶数，那么线程2就打印数字。这样就能保证 A1B2C3 这个字符串被顺序地打印出来。

#### 1.6 BlockingQueue ####

阻塞队列是一种特殊的队列，当队列为空时，从队列中获取元素的操作会被阻塞；当队列已满时，向队列中添加元素的操作会被阻塞。阻塞队列常用于生产者-消费者模式中，可以有效地协调生产者和消费者之间的速度差异，以下是借助BlockingQueue实现打印A1B2C3的代码实现：

publicclassPrintA1B2C3_BlockingQueue {
        publicstaticvoidmain(String[] args) {
            BlockingQueue<String> queue = newLinkedBlockingQueue<>(1);
    
            newThread(() -> {
                String[] chars = {"A", "B", "C"};
                for (String c : chars) {
                    try {
                        queue.put(c + (1 + chars[c.charAt(0) - 'A']));
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
    
            newThread(() -> {
                while (true) {
                    try {
                        Stringstr= queue.take();
                        System.out.print(str.charAt(0));
                        System.out.print(str.charAt(1));
                        if (str.length() > 2) {
                            System.out.print(str.charAt(2));
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (queue.isEmpty()) {
                        break;
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
    复制代码

在该实现中，我们使用了LinkedBlockingQueue作为阻塞队列，创建了一个大小为1的队列，因此生产者线程在往队列中放入元素时会被阻塞，直到消费者线程取出了队列中的元素。消费者线程在取出元素时也会被阻塞，直到生产者线程往队列中放入了元素

### 2. 总结 ###

顺序打印A1B2C3问题是一个典型的线程间通信和同步问题，对于这个问题，常见的实现方式包括使用锁、阻塞队列、信号量，Atomc原子操作类，需要根据实际需求进行选择。同时，也需要注意多线程编程中常见的问题，如线程安全、死锁、内存泄漏等，从而保证代码的质量和稳定性。

作者：喝咖啡的工匠

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