经典面试题——两个线程交替打印奇数和偶数

Posted 2022-03-08 java-no-1

前提

今天下班时候和同事聊天偶然听到面试题“两个线程交替打印奇数和偶数”的实现，这里做一个复盘。

复盘

场景一：线程A打印奇数，线程B打印偶数，线程A和线程B交替打印，使用对象监视器实现。

场景二：线程A打印奇数，线程B打印偶数，线程A和线程B交替打印，使用JDK提供的并发类库实现。

这两个场景中，场景一是一种比较古老的同步方式，本质由JVM实现；场景二是JDK1.5引入JUC包之后简化了并发编程的前提下的更简便的实现。下面针对两个场景做对应的实现。

场景一

场景一中，线程A和线程B交替打印奇数和偶数，使用对象监视器实现，通俗来说：线程A或线程B只要有一者竞争锁成功，就打印++i，通知其他线程从等待集合中释放，然后自身线程加入等待集合并且释放锁即可。

public class OddEvenPrinter 

    private final Object monitor = new Object();
    private final int limit;
    private volatile int count;

    public OddEvenPrinter(int limit, int initCount) 
        this.limit = limit;
        this.count = initCount;
    

    public void print() 
        synchronized (monitor) 
            while (count < limit) 
                try 
                    System.out.println(String.format("线程[%s]打印数字:%d", Thread.currentThread().getName(), ++count));
                    monitor.notifyAll();
                    monitor.wait();
                 catch (InterruptedException e) 
                    //ignore
                
            
        
    

    public static void main(String[] args) throws Exception 
        OddEvenPrinter printer = new OddEvenPrinter(10, 0);
        Thread thread1 = new Thread(printer::print, "thread-1");
        Thread thread2 = new Thread(printer::print, "thread-2");
        thread1.start();
        thread2.start();
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    

执行后的输出结果：

线程[thread-1]打印数字:1
线程[thread-2]打印数字:2
线程[thread-1]打印数字:3
线程[thread-2]打印数字:4
线程[thread-1]打印数字:5
线程[thread-2]打印数字:6
线程[thread-1]打印数字:7
线程[thread-2]打印数字:8
线程[thread-1]打印数字:9
线程[thread-2]打印数字:10

场景二

场景二中，如果需要使用JUC中提供的并发类库，可以考虑和对象监视器功能接近的可重入锁ReentrantLock。具体代码如下：

public class OddEvenPrinterEx 

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();

    private final int limit;
    private volatile int count;

    public OddEvenPrinterEx(int limit, int initCount) 
        this.limit = limit;
        this.count = initCount;
    

    public void print()  
        lock.lock();
        try 
           while (count < limit)
               System.out.println(String.format("线程[%s]打印数字:%d", Thread.currentThread().getName(), ++count));
               condition.signalAll();
               try 
                   condition.await();
                catch (InterruptedException e) 
                   //ignore
               
           
         finally 
            lock.unlock();
        
    

    public static void main(String[] args) throws Exception 
        OddEvenPrinterEx printer = new OddEvenPrinterEx(10, 0);
        Thread thread1 = new Thread(printer::print, "thread-1");
        Thread thread2 = new Thread(printer::print, "thread-2");
        thread1.start();
        thread2.start();
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    

执行后的输出结果：

线程[thread-2]打印数字:1
线程[thread-1]打印数字:2
线程[thread-2]打印数字:3
线程[thread-1]打印数字:4
线程[thread-2]打印数字:5
线程[thread-1]打印数字:6
线程[thread-2]打印数字:7
线程[thread-1]打印数字:8
线程[thread-2]打印数字:9
线程[thread-1]打印数字:10

眼尖的可能看到这里是先由thread-2打印奇数，然后thread-1打印偶数，这个和同步器框架的等待队列以及同步队列的竞争有关。

小结

这个问题有很多种解决思路，但是目前笔者没想到无锁实现方案。很多现成的(参考多个博客)方案里面都是使用各种多重同步或者加锁，其实意义是不大，实际上要理解对象监视器和同步器框架AQS的一些原理，那么实现起来自然比较简单。

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