LeetCode-1116.打印零与奇偶数（多线程）

LeetCode 题目描述

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
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题解

解题思路为：

• 多线程并发访问同一个对象的成员方法
• 成员方法的执行顺序是存在一定规律（三个线程之间的规律！突破点）

顺序执行实现方案：

• 同步等待通知机制。方法内部使用布尔变量控制当前方法是否可以执行，即 while(boolean) 范式，某个方法执行后修改布尔值达到顺序控制
• 同步等待通知机制可以实现的 Lock 可以实现（感兴趣可以尝试）
• 使用并发工具类 Semaphore 实现（初始许可为 0 可以让方法延迟执行，执行前置条件后释放对应许可）

解法：同步等待通知机制

该解法平台报超出时间限制！本地测试通过。

针对该解法，可以把 wait¬ifyAll 舍弃，直接采用无锁方式实现，根据条件判断一直轮询（方法耗时较长时 CPU 占用较高）。

class ZeroEvenOdd {
    private volatile int flag = 0;
    private int n;

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

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public synchronized void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (true) {
            if (flag > 0) {
                wait();
            }
            flag = -flag + 1;
            if (flag > n) {
                break;
            }
            printNumber.accept(0);
            notifyAll();
        }
    }

    // 偶数
    public synchronized void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (true) {
            while (flag <= 0 || (flag & 1) == 1) {
                wait();
            }
            if (flag > n) {
                break;
            }
            printNumber.accept(flag);
            flag = -flag;
            notifyAll();
        }
    }

    // 奇数
    public synchronized void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while (true) {
            while (flag <= 0 || (flag & 1) == 0) {
                wait();
            }
            if (flag > n) {
                break;
            }
            printNumber.accept(flag);
            flag = -flag;
            notifyAll();
        }
    }
}

解法：信号量 Semaphore 控制

class ZeroEvenOdd {
    private final Semaphore z = new Semaphore(1);
    private final Semaphore o = new Semaphore(0);
    private final Semaphore e = new Semaphore(0);

    private int n;

    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 = 0; i < n; i++) {
            z.acquire();
            printNumber.accept(0);
            if ((i & 1) == 0) { // 偶数判断
                o.release();
            } else {
                e.release();
            }
        }
    }

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

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

参考

• 参考博文-Java 线程等待通知机制（wait、notify）
• 参考博文-Java 控制并发数的信号量-Semaphore
• 更多并发编程相关博文参考 Java 并发编程-专栏文章目录汇总