Java多线程连续打印abc实现方法详解

一道编程题如下：

实例化三个线程，一个线程打印a，一个线程打印b，一个线程打印c，三个线程同时执行，要求打印出10个连着的abc。

题目分析：

通过题意我们可以得出，本题需要我们使用三个线程，三个线程分别会打印6次字符，关键是如何保证顺序一定是abc...呢。所以此题需要同步机制来解决问题！

令打印字符A的线程为ThreadA，打印B的ThreadB，打印C的为ThreadC。问题为三线程间的同步唤醒操作，主要的目的就是使程序按ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环执行三个线程，因此本人整理出了三种方式来解决此问题。

一、通过两个锁(不推荐，可读性和安全性比较差)

package com.demo.test;/** * 基于两个lock实现连续打印abcabc.... * @author lixiaoxi * */public class TwoLockPrinter implements Runnable { // 打印次数 private static final int PRINT_COUNT = 10; // 前一个线程的打印锁 private final Object fontLock; // 本线程的打印锁 private final Object thisLock; // 打印字符 private final char printChar; public TwoLockPrinter(Object fontLock, Object thisLock, char printChar) { this.fontLock = fontLock; this.thisLock = thisLock; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { // 连续打印PRINT_COUNT次 for (int i = 0; i < PRINT_COUNT; i++) { // 获取前一个线程的打印锁 synchronized (fontLock) {// 获取本线程的打印锁synchronized (thisLock) { //打印字符 System.out.print(printChar); // 通过本线程的打印锁唤醒后面的线程 // notify和notifyall均可,因为同一时刻只有一个线程在等待 thisLock.notify();}// 不是最后一次则通过fontLock等待被唤醒// 必须要加判断，不然虽然能够打印10次，但10次后就会直接死锁if(i < PRINT_COUNT - 1){ try { // 通过fontLock等待被唤醒 fontLock.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }} } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 打印A线程的锁 Object lockA = new Object(); // 打印B线程的锁 Object lockB = new Object(); // 打印C线程的锁 Object lockC = new Object();// 打印a的线程 Thread threadA = new Thread(new TwoLockPrinter(lockC, lockA, ’A’)); // 打印b的线程 Thread threadB = new Thread(new TwoLockPrinter(lockA, lockB, ’B’)); // 打印c的线程 Thread threadC = new Thread(new TwoLockPrinter(lockB, lockC, ’C’)); // 依次开启a b c线程 threadA.start(); Thread.sleep(100); // 确保按顺序A、B、C执行 threadB.start(); Thread.sleep(100); threadC.start(); Thread.sleep(100); }}

打印结果：

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

分析：

此解法为了为了确定唤醒、等待的顺序，每一个线程必须同时持有两个对象锁，才能继续执行。一个对象锁是fontLock，就是前一个线程所持有的对象锁，还有一个就是自身对象锁thisLock。主要的思想就是，为了控制执行的顺序，必须要先持有fontLock锁，也就是前一个线程要释放掉前一个线程自身的对象锁，当前线程再去申请自身对象锁，两者兼备时打印，之后首先调用thisLock.notify()释放自身对象锁，唤醒下一个等待线程，再调用fontLock.wait()释放prev对象锁，暂停当前线程，等待再次被唤醒后进入循环。运行上述代码，可以发现三个线程循环打印ABC，共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行，持有C，A对象锁，后释放A锁，唤醒B。线程B等待A锁，再申请B锁，后打印B，再释放B锁，唤醒C，线程C等待B锁，再申请C锁，后打印C，再释放C锁，唤醒A。看起来似乎没什么问题，但如果你仔细想一下，就会发现有问题，就是初始条件，三个线程按照A，B，C的顺序来启动，按照前面的思考，A唤醒B，B唤醒C，C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序，所以需要手动控制他们三个的启动顺序，即Thread.Sleep(100)。

二、通过一个ReentrantLock和三个conditon实现(推荐，安全性，性能和可读性较高)

package com.demo.test;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/** * 基于一个ReentrantLock和三个conditon实现连续打印abcabc... * @author lixiaoxi * */public class RcSyncPrinter implements Runnable{ // 打印次数 private static final int PRINT_COUNT = 10; // 打印锁 private final ReentrantLock reentrantLock; // 本线程打印所需的condition private final Condition thisCondtion; // 下一个线程打印所需要的condition private final Condition nextCondtion; // 打印字符 private final char printChar; public RcSyncPrinter(ReentrantLock reentrantLock, Condition thisCondtion, Condition nextCondition, char printChar) { this.reentrantLock = reentrantLock; this.nextCondtion = nextCondition; this.thisCondtion = thisCondtion; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { // 获取打印锁 进入临界区 reentrantLock.lock(); try { // 连续打印PRINT_COUNT次 for (int i = 0; i < PRINT_COUNT; i++) {//打印字符System.out.print(printChar);// 使用nextCondition唤醒下一个线程// 因为只有一个线程在等待，所以signal或者signalAll都可以nextCondtion.signal();// 不是最后一次则通过thisCondtion等待被唤醒// 必须要加判断，不然虽然能够打印10次，但10次后就会直接死锁if (i < PRINT_COUNT - 1) { try { // 本线程让出锁并等待唤醒 thisCondtion.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }} } } finally { // 释放打印锁 reentrantLock.unlock(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 写锁 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 打印a线程的condition Condition conditionA = lock.newCondition(); // 打印b线程的condition Condition conditionB = lock.newCondition(); // 打印c线程的condition Condition conditionC = lock.newCondition(); // 实例化A线程 Thread printerA = new Thread(new RcSyncPrinter(lock, conditionA, conditionB, ’A’)); // 实例化B线程 Thread printerB = new Thread(new RcSyncPrinter(lock, conditionB, conditionC, ’B’)); // 实例化C线程 Thread printerC = new Thread(new RcSyncPrinter(lock, conditionC, conditionA, ’C’)); // 依次开始A B C线程 printerA.start(); Thread.sleep(100); printerB.start(); Thread.sleep(100); printerC.start(); }}

打印结果：

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

分析：

仔细想想本问题，既然同一时刻只能有一个线程打印字符，那我们为什么不使用一个同步锁ReentrantLock？线程之间的唤醒操作可以通过Condition实现，且Condition可以有多个，每个condition.await阻塞只能通过该condition的signal/signalall来唤醒！这是synchronized关键字所达不到的，那我们就可以给每个打印线程一个自身的condition和下一个线程的condition，每次打印字符后，调用下一个线程的condition.signal来唤醒下一个线程，然后自身再通过自己的condition.await来释放锁并等待唤醒。

三、通过一个锁和一个状态变量来实现（推荐）

package com.demo.test;/** * 基于一个锁和一个状态变量实现连续打印abcabc... * @author lixiaoxi * */public class StateLockPrinter { //状态变量 private volatile int state=0; // 打印线程 private class Printer implements Runnable { //打印次数 private static final int PRINT_COUNT=10; //打印锁 private final Object printLock; //打印标志位 和state变量相关 private final int printFlag; //后继线程的线程的打印标志位，state变量相关 private final int nextPrintFlag; //该线程的打印字符 private final char printChar; public Printer(Object printLock, int printFlag,int nextPrintFlag, char printChar) { super(); this.printLock = printLock; this.printFlag=printFlag; this.nextPrintFlag=nextPrintFlag; this.printChar = printChar; } @Override public void run() { //获取打印锁 进入临界区 synchronized (printLock) {//连续打印PRINT_COUNT次for(int i=0;i<PRINT_COUNT;i++){ //循环检验标志位 每次都阻塞然后等待唤醒 while (state!=printFlag) { try { printLock.wait(); } catch (InterruptedException e) { return; } } //打印字符 System.out.print(printChar); //设置状态变量为下一个线程的标志位 state=nextPrintFlag; //注意要notifyall，不然会死锁，因为notify只通知一个， //但是同时等待的是两个,如果唤醒的不是正确那个就会没人唤醒，死锁了 printLock.notifyAll();} } } } public void test() throws InterruptedException{ //锁 Object lock=new Object(); //打印A的线程 Thread threadA=new Thread(new Printer(lock, 0,1, ’A’)); //打印B的线程 Thread threadB=new Thread(new Printer(lock, 1,2, ’B’)); //打印C的线程 Thread threadC=new Thread(new Printer(lock, 2,0, ’C’)); //一次启动A B C线程 threadA.start(); Thread.sleep(1000); threadB.start(); Thread.sleep(1000); threadC.start(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException {StateLockPrinter print = new StateLockPrinter(); print.test(); } }

打印结果：

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

分析：

状态变量是一个volatile的整型变量，0代表打印a，1代表打印b，2代表打印c，三个线程都循环检验标志位，通过阻塞前和阻塞后两次判断可以确保当前打印的正确顺序，随后线程打印字符，然后设置下一个状态字符，唤醒其它线程，然后重新进入循环。

补充题

三个Java多线程循环打印递增的数字，每个线程打印5个数值，打印周期1-75，同样的解法：

package com.demo.test;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/** * 数字打印，三个线程同时打印数字，第一个线程打印12345，第二个线程打印678910 ......... * @author lixiaoxi * */public class NumberPrinter { //打印计数器 private final AtomicInteger counter=new AtomicInteger(0); private class Printer implements Runnable{ //总共需要打印TOTAL_PRINT_COUNT次 private static final int TOTAL_PRINT_COUNT = 5; //每次打印PER_PRINT_COUNT次 private static final int PER_PRINT_COUNT = 5; //打印锁 private final ReentrantLock reentrantLock; //前一个线程的condition private final Condition afterCondition; //本线程的condition private final Condition thisCondtion;public Printer(ReentrantLock reentrantLock, Condition thisCondtion,Condition afterCondition) { super(); this.reentrantLock = reentrantLock; this.afterCondition = afterCondition; this.thisCondtion = thisCondtion; } @Override public void run() { //进入临界区 reentrantLock.lock(); try {//循环打印TOTAL_PRINT_COUNT次for(int i=0;i<TOTAL_PRINT_COUNT;i++){ //打印操作 for(int j=0;j<PER_PRINT_COUNT;j++){ //以原子方式将当前值加 1。 //incrementAndGet返回的是新值（即加1后的值） System.out.println(counter.incrementAndGet()); } //通过afterCondition通知后面线程 afterCondition.signalAll(); if(i < TOTAL_PRINT_COUNT - 1){ try { //本线程释放锁并等待唤醒 thisCondtion.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }} } finally {reentrantLock.unlock(); } } } public void test() throws InterruptedException { //打印锁 ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock(); //打印A线程的Condition Condition conditionA=reentrantLock.newCondition(); //打印B线程的Condition Condition conditionB=reentrantLock.newCondition(); //打印C线程的Condition Condition conditionC=reentrantLock.newCondition(); //打印线程A Thread threadA=new Thread(new Printer(reentrantLock,conditionA, conditionB)); //打印线程B Thread threadB=new Thread(new Printer(reentrantLock, conditionB, conditionC)); //打印线程C Thread threadC=new Thread(new Printer(reentrantLock, conditionC, conditionA)); // 依次开启a b c线程 threadA.start(); Thread.sleep(100); threadB.start(); Thread.sleep(100); threadC.start(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { NumberPrinter print = new NumberPrinter(); print.test(); }}

运行结果：

2468101214161820222426283032343638404244464850525456586062646668707274

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