并发编程学习(九):同步模式之顺序控制、交替打印

news2024/9/22 9:49:54

1、固定运行顺序

例如:两个线程,运行是必须先2后1打印。

1.1、Object之wait、notify版

在同步代码块中,wait开始后,CPU将释放给另一个线程使用,直到
①若wait(xxxx),则x秒后当前线程被唤醒,继续占用CPU。
②若wait(),则在使用notify(),后被唤醒当前线程。
/**
 * 固定运行顺序: 先打印2,后打印1
 */
@Slf4j(topic = "test.FixedRunningOrderThread")
public class FixedRunningOrderThread {
    private static final Object lock = new Object();
    private static boolean t2Runned = false;// 表示t2是否运行过

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                while (!t2Runned) {
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("1");
            }
        },"t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                log.debug("2");
                t2Runned = true;
                lock.notify();
            }
        },"t2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

1.2、ReentrantLock之await、signal版

await、signal前需要获得锁。
await执行后,会释放锁,进入conditionObject等待。
await的线程被唤醒(或打断、或超时),重新竞争锁。
竞争锁成功后,从await后继续执行。
/**
 * 固定运行顺序: 先打印2,后打印1
 */
@Slf4j(topic = "test.FixedRunningOrderThread2")
public class FixedRunningOrderThread2 {
    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private static final Condition waitConditionSet = lock.newCondition();
    private static boolean t2Runned = false;// 表示t2是否运行过

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                while (!t2Runned) {
                    try {
                        waitConditionSet.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                log.debug("1");
            } finally {
                lock.unlock();
            }

        },"t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("2");
                t2Runned = true;
                waitConditionSet.signal();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        },"t2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

1.3、LockSupport之park、unpark版

// 暂停当前线程,暂停后,线程状态变为 WAITING
LockSupport.park();
// 恢复某个线程的运行,恢复后线程状态变为RUNNING
LockSupport.unpark(要恢复的线程对象);
/**
 * 固定运行顺序: 先打印2,后打印1
 *
 * LockSupport.park(); 暂停当前线程,暂停后,线程状态变为 WAITING
 * LockSupport.unpark(要恢复的线程对象); 恢复某个线程的运行,恢复后线程状态变为RUNNING
 */
@Slf4j(topic = "test.FixedRunningOrderThread3")
public class FixedRunningOrderThread3 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            LockSupport.park();
            log.debug("1");

        },"t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            log.debug("2");
            LockSupport.unpark(t1);
        },"t2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

2、交替输出

示例:线程1输出a,线程2输出b,线程3输出c,交替输出5次。

2.1、Object之wait、notify版

/**
 * 交替输出: Object之wait、notify版
 * 输出内容:abcabcabcabcabc
 */
@Slf4j(topic = "test.FixedRunningOrderThread4")
public class FixedRunningOrderThread4 {

    public static void main(String[] args) {
        WaitNotify waitNotify = new WaitNotify(1,5);

        new Thread(() -> {waitNotify.print("a",1,2);}).start();
        new Thread(() -> {waitNotify.print("b",2,3);}).start();
        new Thread(() -> {waitNotify.print("c",3,1);}).start();
    }
}

@Slf4j(topic = "text.WaitNotify")
class WaitNotify {
    private int flag; // 等待标记
    private int loopNumber; // 循环次数

    public WaitNotify(int flag, int loopNumber) {
        this.flag = flag;
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

    /**
     * @param str       打印内容
     * @param waitFlag  等待标记
     * @param nextFlag  下一个标记
     *
     *   线程         打印内容    标记    下个标记
     *    a             a          1        2
     *    b             b          2        3
     *    c             c          3        1
     */
    public void print(String str, int waitFlag, int nextFlag) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            synchronized (this) {
                // 不是需要打印的标记,进入waitset
                while (flag != waitFlag) {
                    try {
                        this.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                // 是需要打印的标记,直接打印
                System.out.print(str);
                // 将打印标识切换为下一个
                flag = nextFlag;
                // 唤醒waitset中的所有线程
                this.notifyAll();
            }
        }
    }
}

2.2、ReentrantLock之await、signal版

/**
 * 交替输出: ReentrantLock之await、signal版
 *
 * 输出内容:abcabcabcabcabc
 *
 */
@Slf4j(topic = "test.FixedRunningOrderThread5")
public class FixedRunningOrderThread5 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AwaitSignal awaitSignal = new AwaitSignal(5);
        // 创建多个等待队列
        Condition conditionA = awaitSignal.newCondition();
        Condition conditionB = awaitSignal.newCondition();
        Condition conditionC = awaitSignal.newCondition();

        new Thread(() -> {awaitSignal.print("a",conditionA,conditionB);}).start();
        new Thread(() -> {awaitSignal.print("b",conditionB,conditionC);}).start();
        new Thread(() -> {awaitSignal.print("c",conditionC,conditionA);}).start();

        // 启动前,先睡眠1s,因为需等待线程a、b、c都进入等待队列; 
        // 否则可能等待队列中还没有线程,无法唤醒,直接结束了,无法打印出内容
        Thread.sleep(1000);
        
        awaitSignal.lock();// 获取锁
        try {
            System.out.println("开始打印。。。");
            // 先唤醒conditionA等待队列中的线程, 需先获得锁,才能调用signal
            conditionA.signal();
        } finally {
            awaitSignal.unlock();// 释放锁
        }
    }
}


/**
 * await前需要获得锁;
 * await执行后,会释放锁,进入waitConditionSet等待。
 * await的线程被唤醒(或打断、或超时),重新竞争锁; 竞争锁成功后,从await后继续执行。
 */
@Slf4j(topic = "text.AwaitSignal")
class AwaitSignal extends ReentrantLock {

    private int loopNumber; // 循环次数

    public AwaitSignal(int loopNumber) {
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

    /**
     * @param str               打印内容
     * @param currentCondition  当前的等待队列
     * @param nextCondition     下一个等待队列
     */
    public void print(String str, Condition currentCondition, Condition nextCondition) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            lock(); // 获取锁
            try {
                try {
                    currentCondition.await(); // 当前线程进入等待
                    System.out.print(str);    // 打印内容
                    nextCondition.signal();   // 唤醒下一个等待队列中的一个线程(先进先出)
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            } finally {
                unlock();// 释放锁
            }
        }
    }
}

2.3、LockSupport之park、unpark版

/**
 * 交替输出: LockSupport之park、unpark版
 * 输出内容:abcabcabcabcabc
 */
@Slf4j(topic = "test.FixedRunningOrderThread6")
public class FixedRunningOrderThread6 {
    private static Thread threadA;
    private static Thread threadB;
    private static Thread threadC;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ParkUnpark parkUnpark = new ParkUnpark(5);
        threadA = new Thread(() -> {parkUnpark.print("a",threadB);});
        threadB = new Thread(() -> {parkUnpark.print("b",threadC);});
        threadC = new Thread(() -> {parkUnpark.print("c",threadA);});

        threadA.start();
        threadB.start();
        threadC.start();
        System.out.println("开始打印。。。");
        LockSupport.unpark(threadA);
    }
}

/**
 * LockSupport.park(); 暂停当前线程,暂停后,线程状态变为 WAITING
 * LockSupport.unpark(要恢复的线程对象); 恢复某个线程的运行,恢复后线程状态变为RUNNING
 */
@Slf4j(topic = "text.ParkUnpark")
class ParkUnpark {
    private int loopNumber; // 循环次数
    public ParkUnpark(int loopNumber) {
        this.loopNumber = loopNumber;
    }

    /**
     * @param str               打印内容
     * @param nextThread        下一个需要唤醒的线程
     */
    public void print(String str,Thread nextThread) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            LockSupport.park(); // 暂停当前线程
            System.out.print(str);
            LockSupport.unpark(nextThread); // 唤醒下一个线程
        }
    }
}

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