LeedCode多线程1195-交替打印字符串,CyclicBarrier屏障的应用

本文提供LeetCode多线程题目“交替打印字符串”的两种解决方案:一是利用信号量和LockSupport实现线程间的协作;二是采用CyclicBarrier实现线程同步。详细介绍了每种方案的设计思路和技术要点。

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LeedCode多线程第六题-交替打印字符串
一.题目如下:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
解题思路:
这里先说一下我自己的解题思路.

  1. 使用三个信号量控制其他打印字母的线程是否为可执行.
  2. 使用LockSupport.park(),unpark()控制主线程(打印普通数字的线程)是否可执行.

注意点:
      当线程执行acquire()方法获取不到信号量时,就会进入WAITING状态,一直在这等待,主线程执行完毕后,这几个线程还在等待,导致程序永远不会执行完,所以在开始的时候把几个线程都存到队列中,在主线程执行完后一一进行中断操作,保证线程正常退出.

class FizzBuzz {
    private int n;
    
    public FizzBuzz(int n) {
        this.n = n;
    }
    Semaphore fizzSemaphore=new Semaphore(0);
    Semaphore buzzSemaphore=new Semaphore(0);
    Semaphore fizzbuzzSemaphore=new Semaphore(0);
    BlockingQueue<Thread> threadQueue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    ArrayList<Thread> threadList=new ArrayList<>(3);
    
    // printFizz.run() outputs "fizz".
    public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
        
        threadList.add(Thread.currentThread());
        for(;;){
            try{
                fizzSemaphore.acquire();    
            }catch(InterruptedException e){
                break;
            }
            printFizz.run();
            LockSupport.unpark(threadQueue.poll());    
        }
    }

    // printBuzz.run() outputs "buzz".
    public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
        threadList.add(Thread.currentThread());
        for(;;){
            
            try{
                buzzSemaphore.acquire();
            }catch(InterruptedException e){
                break;
            }
            printBuzz.run();
            LockSupport.unpark(threadQueue.poll());    
        }
    }

    // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
    public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
        threadList.add(Thread.currentThread());
        for(;;){
            try{
                fizzbuzzSemaphore.acquire();
            }catch(InterruptedException e){
                break;
            }
            printFizzBuzz.run();
            LockSupport.unpark(threadQueue.poll());    
        }
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
         for(int i=1;i<=n;i++){
            if(i % 3!=0 && i % 5!=0){
                printNumber.accept(i);
            }else if(i % 5 !=0){
                threadQueue.put(Thread.currentThread());
                fizzSemaphore.release();
                LockSupport.park();
            }else if(i % 3!=0){
                threadQueue.put(Thread.currentThread());
                buzzSemaphore.release();
                LockSupport.park();
            }else{
                threadQueue.put(Thread.currentThread());
                fizzbuzzSemaphore.release();
                LockSupport.park();
            }
        }
        //将其他处于WAITING状态的线程中断退出
        for(int i=0;i<threadList.size();i++){
            Thread curThread=threadList.get(i);
            curThread.interrupt();
        }
    }
    
}

二.CyclicBarrier.
1.介绍.
这是Java并发包中的一个工具类java.util.concurrent.CyclicBarrier.
在这里插入图片描述简单来说该工具类可以控制一组线程进行同步操作,也就是在一组线程都触发时才执行后续的代码,如果某个线程先触发,就会进入等待,直到一组中的最后一个线程完成触发操作.

有时候语言可能不太直观,看一下CyclicBarrier在该题目中的应用就理解了.

class FizzBuzz {
    private int n;
    
    //当四个线程都触发后才执行之后的代码
    private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4);

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

    // printFizz.run() outputs "fizz".
    public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 == 0 && i % 5 != 0) {
                printFizz.run();
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // printBuzz.run() outputs "buzz".
    public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 != 0 && i % 5 == 0) {
                printBuzz.run();
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
    public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 == 0 && i % 5 == 0) {
                printFizzBuzz.run();
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 != 0 && i % 5 != 0) {
                printNumber.accept(i);
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    
}
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