多个线程顺序依次打印0到N个数字

题目

多个线程顺序依次打印0到N的整数。
例如:3个线程顺序打印0到10的整数
结果:
Thread-0 0
Thread-1 1
Thread-2 2
Thread-0 3
Thread-1 4
Thread-2 5
Thread-0 6
Thread-1 7
Thread-2 8
Thread-0 9
Thread-1 10

算法解析

题目中各个线程顺序依次打印,相当于一种类似于责任链的模式,每一条线程都去通知其后面的线程进行打印。可以使用Java提供的信号量机制,也可以构建CLH线程队列,每个线程依次监听其前驱节点的信号状态。

相对于打印顺序数字而言,有更简单的方法,通过对线程进行编号,打印数字对线程总个数取模判断由那个编号的线程执行,这样我们判断取模结果,如果某个线程确定自己需要执行打印,获取内置锁synchronized,第二次判断是否符合要求,并且打印,其他不应该打印的线程自旋等待。注意,创建一个volatile变量记录当前正在打印的数字,因为两次取模判断不满足先行发生原则,所以需要使用volatile修饰,保证数据线程可见性。

还有可以使用wait(),notifyAll()通过内置锁进行信号通知,这种方法是不可取的,虽然可以实现需要,但是因为每次都唤醒全部线程,并且抢到锁的线程又不一定属于自己执行,还需要调用wait()方法让自己等待,其他线程也这样执行,每次都可能好多线程尝试之后,才轮到真正执行的线程,所以这样的方式效率极低。

代码

public class MultiThreadSequencePrint{
    //需要打印的数字
    private int N;
    //线程总数
    private int mc;
    //当前打印到的数字
    private volatile int VC;

    private class PrintRunnable implements Runnable{
        private final int NUMBER;

        public PrintRunnable(int number) {
            this.NUMBER = number;
        }

        @Override
        public void run() {
            //while循环保证线程处于执行状态,获取CPU时间
            while (true){
                //如果不是自己执行打印,自旋等待
                //因为每次读取VC时都需要读取最新的值,所以VC为volatile修饰
                while (VC % mc != NUMBER){//自旋
                    //自旋过程中发现已经打印到N,则结束线程
                    if (VC > N){
                        return;
                    }
                }
                //确定需要自己打印,获取内置锁
                synchronized (MultiThreadSequencePrint.class){
                    //二次判断,如果已经打印到N,结束线程
                    if (VC > N){
                        break;
                    }
                    //打印,并且更新VC
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + VC);
                    VC++;
                }
            }
        }
    }

    //函数初始化mc个线程,并且启动所有的线程
    public void printSeqNum(int N, int mc){
        this.N = N;
        this.mc = mc;
        this.VC = 0;
        for (int i = 0; i < mc; ++i){
            new Thread(new PrintRunnable(i)).start();
        }
    }
    //main函数作为测试用例
    public static void main(String[] args){
        MultiThreadSequencePrint print = new MultiThreadSequencePrint();
        print.printSeqNum(100, 3);
    }
}

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