[LeetCode 1115] 交替打印FooBar

最新推荐文章于 2025-06-08 01:00:00 发布

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该博客详细介绍了如何解决LeetCode 1115问题，即在多线程环境中交替打印'Foo'和'Bar'。讨论了三种方法：使用信号量、无锁编程以及公平锁策略，每种方法都旨在确保'foobar'被正确地输出n次。无锁方法中，通过yield()来优化CPU资源利用率。

[LeetCode 1115] 交替打印FooBar

我们提供一个类：

class FooBar {
  public void foo() {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
      print("foo");
    }
  }
  
  public void bar() {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
      print("bar");
    }
  }
}

两个不同的线程将会共用一个 FooBar 实例。其中一个线程将会调用 foo() 方法，另一个线程将会调用 bar() 方法。

请设计修改程序，以确保 “foobar” 被输出 n 次。

示例 1:

输入: n = 1
输出: "foobar"
解释: 这里有两个线程被异步启动。其中一个调用 foo() 方法, 另一个调用 bar() 方法，"foobar" 将被输出一次。

示例 2:

输入: n = 2
输出: "foobarfoobar"
解释: "foobar" 将被输出两次。

信号量方法

通过两个信号量来完成线程切换，acquire()、release()方法分别对应着信号量的增加和释放。

class FooBar {
    private int n;
    Semaphore foo = new Semaphore(1);
    Semaphore bar = new Semaphore(0);
    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
    }
    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            foo.acquire();
            printFoo.run();
            bar.release();
        }
    }
    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            bar.acquire();
            printBar.run();
            foo.release();
        }
    }
}

无锁方法

通过单一信号量来完成，由于while轮询会占用cpu，所以通过yield()方法来进行cpu的释放，提升运行效率。

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

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

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            while(flag != 0) {
                Thread.yield();
            }
        	// printFoo.run() outputs "foo". Do not change or remove this line.
        	printFoo.run();
            flag = 1;
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            while(flag != 1) {
                Thread.yield();
            }
            // printBar.run() outputs "bar". Do not change or remove this line.
        	printBar.run();
            flag = 0;
        }
    }
}

公平锁

利用公平锁来实现

class FooBar {
    private int n;
    Lock lock = new ReentrantLock(true);
    volatile boolean fooPer = true;

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

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for(int i = 0; i < n;) {
            lock.lock();
            try {
                if(fooPer) {
                    printFoo.run();
                    i++;
                    fooPer = false;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for(int i = 0; i < n;) {
            lock.lock();
            try {
                if(!fooPer) {
                    printBar.run();
                    i++;
                    fooPer = true;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}