一道很有意思的面试题目，快加入到这场头脑风暴游戏里吧~

忘是亡心i 2023-09-30 14:25 7阅读 0赞

**小伙伴们，小叶秋最近看到一个面试题目，感觉挺有意思的，大意如下：**

![b10f52bcac3b4c199eafd2b8bbd03ff0.png][]

ok，大家看到这个题，可以先理解下，这里启动了两个线程，a 和 b，但是虽然说 a 在 b 之前 start，不一定就可以保证线程 a 的逻辑，可以先于线程 b 执行。

所以，这里的意思是，线程 a 和 b，执行顺序互不干扰，我们不应该假定其中一个线程可以先于另外一个执行。

另外，既然是面试题，那常规做法自然是不用上了，比如让 b 先 sleep 几秒钟之类的，如果真这么答，那可能面试就结束了吧。

好，我们下面开始分析解法。

## 可见性保证 ##

程序里定义了一个全局变量，var = 1。

线程a会修改这个变量为2，线程b则在变量为2时，执行自己的业务逻辑。

那么，这里首先，我们要做的是，先讲var使用volatile修饰，保证多线程操作时的可见性。

> public static volatile int var = 1;

## 解法分析 ##

经过前面的可见性保证的分析，我们知道，要想达到目的，其实就是要保证：

> a中的对var+1的操作，需要先于b执行。

但是，现在的问题是，两个线程同时启动，不知道谁先谁后，怎么保证 a 先执行，b 后执行呢？

让线程 b 先不执行，大概有两种思路：一种是阻塞该线程，一种是不阻塞该线程。阻塞的话，我们可以想想，怎么阻塞一个线程。

大概有下面这些方法：

*  synchronized，取不到锁时，阻塞
 *  java.util.concurrent.locks.ReentrantLock\#lock，取不到锁时，阻塞
 *  object.wait，取到synchronized了，但是因为一些条件不满足，执行不下去，调用wait，将释放锁，并进入等待队列，线程暂停运行
 *  java.util.concurrent.locks.Condition.await，和object.wait类似，只不过object.wait在jvm层面，使用c++实现，Condition.await在jdk层面使用java语言实现
 *  threadA.join()，等待对应的线程threadA执行完成后，本线程再继续运行；threadA没结束，则当前线程阻塞；
 *  CountDownLatch\#await，在对应的state不为0时，阻塞
 *  Semaphore\#acquire()，在state为0时（即剩余令牌为0时），阻塞
 *  其他阻塞队列、FutureTask等等

如果不让线程进入阻塞，则一般可以让线程进入一个while循环，循环的退出条件，可以由线程a来修改，线程a修改后，线程b跳出循环。

比如：

volatile boolean stop = false;
    while (!stop){
        ...
    }

上面也说了这么多了，我们实际上手写一写吧。

#### 错误解法1--基于wait ####

下面的思路是基于wait、notify。

线程b直接wait，线程a在修改了变量后，进行notify。

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final Object monitor = new Object();
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                // 1
                Global1.var++;
                // 2
                synchronized (monitor) {
                    monitor.notify();
                }
            });
            Thread b = new Thread(() -> {
                // 3
                synchronized (monitor) {
                    try {
                        monitor.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                // 4
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            a.start();
            b.start();
        }
    }

大家觉得这个代码能行吗？

实际是不行的。因为实际的顺序可能是：

线程a--1
    线程a--2
    线程b--1
    线程b--2

在线程 a-2 时，线程 a 去 notify，但是此时线程 b 还没开始 wait，所以此时的 notify 是没有任何效果的：

> 没人在等，notify 个锤子。

怎么修改，本方案才行得通呢？

那就是，修改线程 a 的代码，不要急着 notify，先等等。

Thread a = new Thread(() -> {
        Global1.var++;
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        synchronized (monitor) {
            monitor.notify();
        }
    });

但是这样的话，明显不合适，有作弊嫌疑，也不优雅。

#### 错误解法2--基于condition的signal ####

import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.locks.Condition;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
        public static final Condition condition = reentrantLock.newCondition();
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
                final ReentrantLock lock = reentrantLock;
                lock.lock();
                try {
                    condition.signal();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            });
            Thread b = new Thread(() -> {
                final ReentrantLock lock = reentrantLock;
                lock.lock();
                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            a.start();
            b.start();
        }
    }

这个方案使用了 Condition 对象来实现 object 的 notify、wait 效果。当然，这个也有同样的问题。

#### 正确解法1--基于错误解法2进行改进 ####

我们看看，前面问题的根源在于，我们线程 a，在去通知线程 b 的时候，有可能线程 b 还没开始 wait，所以此时通知失效。

那么，我们是不是可以先等等，等线程 b 开始 wait 了，再去通知呢？

Thread a = new Thread(() -> {
        Global1.var++;
        final ReentrantLock lock = reentrantLock;
        lock.lock();
        try {
            // 1
            while (!reentrantLock.hasWaiters(condition)) {
                Thread.yield();
            }
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    });

1 处代码，就是这个思想，在 signal 之前，判断当前 condition 上是否有 waiter 线程，如果没有，就死循环；如果有，才去执行 signal。

这个方法实测是可行的。

#### 正确解法2 ####

对正确解法 1，换一个 api，就变成了正确解法 2.

Thread a = new Thread(() -> {
        Global1.var++;
        final ReentrantLock lock = reentrantLock;
        lock.lock();
        try {
            // 1
            while (reentrantLock.getWaitQueueLength(condition) == 0) {
                Thread.yield();
            }
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    });

1 这里，获取 condition 上等待队列的长度，如果为 0，说明没有等待者，则死循环。

#### 正确解法3--基于Semaphore ####

刚开始，我们初始化一个信号量，state 为 0。

线程 b 去获取信号量的时候，就会阻塞。

然后我们线程 a 再去释放一个信号量，此时线程 b 就可以继续执行。

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final Semaphore semaphore = new Semaphore(0);
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
                semaphore.release();
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

#### 正确解法4--基于CountDownLatch ####

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
                countDownLatch.countDown();
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                try {
                    countDownLatch.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

#### 正确解法5--基于BlockingQueue\# ####

这里使用了 ArrayBlockingQueue，其他的阻塞队列也是可以的。

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Object>(1);
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
                arrayBlockingQueue.offer(new Object());
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                try {
                    arrayBlockingQueue.take();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

#### 正确解法6--基于FutureTask ####

我们也可以让线程 b 等待一个 task 的执行结果。

而线程 a 在执行完修改 var 为 2 后，执行该任务，任务执行完成后，线程 b 就会被通知继续执行。

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final FutureTask futureTask = new FutureTask<Object>(new Callable<Object>() {
            @Override
            public Object call() throws Exception {
                System.out.println("callable task ");
                return null;
            }
        });
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
                futureTask.run();
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                try {
                    futureTask.get();
                } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

#### 正确解法7--基于join ####

这个可能是最简洁直观的解法：

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                try {
                    a.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

#### 正确解法8--基于CompletableFuture ####

这个和第 6 种类似。都是基于 future。

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final CompletableFuture<Object> completableFuture =
                new CompletableFuture<Object>();
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
                completableFuture.complete(new Object());
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                try {
                    completableFuture.get();
                } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

#### 非阻塞--正确解法9--忙等待 ####

这种代码量也少，只要线程 b 在变量为 1 时，死循环就行了。

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                while (var == 1) {
                    Thread.yield();
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

#### 非阻塞--正确解法10--忙等待 ####

忙等待的方案很多，反正就是某个条件不满足时，不阻塞自己，阻塞了会释放 cpu，我们就是不希望释放 cpu 的。

比如像下面这样也可以：

public class Global1 {
        public static volatile int var = 1;
        public static final AtomicInteger atomicInteger =
                new AtomicInteger(1);
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread a = new Thread(() -> {
                Global1.var++;
                atomicInteger.set(2);
            });
            a.setName("thread a");
            Thread b = new Thread(() -> {
                while (true) {
                    boolean success = atomicInteger.compareAndSet(2, 1);
                    if (success) {
                        break;
                    } else {
                        Thread.yield();
                    }
                }
    
                if (Global1.var == 2) {
                    //do something;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
                }
            });
            b.setName("thread b");
            a.start();
            b.start();
        }
    }

暂时想了这么些，方案还是比较多的，大家可以开动脑筋，头脑风暴吧。

看看你还有什么骚操作，可以在评论区留言。

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以上就是本期分享了。

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