面试官：请用五种方法实现多线程交替打印问题
三个线程T1、T2、T3，如何让他们按顺序执行？
这是一道面试中常考的并发编程的代码题，与它相似的问题有：
三个线程T1、T2、T3轮流打印ABC，打印n次，如ABCABCABCABC.......
两个线程交替打印1-100的奇偶数
N个线程循环打印1-100
......
其实这类问题本质上都是线程通信问题，思路基本上都是一个线程执行完毕，阻塞该线程，唤醒其他线程，按顺序执行下一个线程。下面先来看最简单的，如何按顺序执行三个线程。
synchronized+wait/notify
基本思路就是线程A、线程B、线程C三个线程同时启动，因为变量num的初始值为0，所以线程B或线程C拿到锁后，进入while()循环，然后执行wait()方法，线程线程阻塞，释放锁。只有线程A拿到锁后，不进入while()循环，执行num++，打印字符A，最后唤醒线程B和线程C。此时num值为1，只有线程B拿到锁后，不被阻塞，执行num++，打印字符B，最后唤醒线程A和线程C，后面以此类推。
class Wait_Notify_ACB { private int num; private static final Object LOCK = new Object(); private void printABC(int targetNum) { synchronized (LOCK) { while (num % 3 != targetNum) { //想想这里为什么不能用if代替while，想不起来可以看公众号上一篇文章 try { LOCK.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } num++; System.out.print(Thread.currentThread().getName()); LOCK.notifyAll(); } } public static void main(String[] args) { Wait_Notify_ACB wait_notify_acb = new Wait_Notify_ACB (); new Thread(() -> { wait_notify_acb.printABC(0); }, "A").start(); new Thread(() -> { wait_notify_acb.printABC(1); }, "B").start(); new Thread(() -> { wait_notify_acb.printABC(2); }, "C").start(); } } 复制代码输入结果：
ABC Process finished with exit code 0 复制代码
接下来看看第一个问题，三个线程T1、T2、T3轮流打印ABC，打印n次。其实只需要将上述代码加一个循环即可，这里假设n=10。
class Wait_Notify_ACB { private int num; private static final Object LOCK = new Object(); private void printABC(int targetNum) { for (int i = 0; i < 10; i++) { synchronized (LOCK) { while (num % 3 != targetNum) { //想想这里为什么不能用if代替，想不起来可以看公众号上一篇文章 try { LOCK.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } num++; System.out.print(Thread.currentThread().getName()); LOCK.notifyAll(); } } } public static void main(String[] args) { Wait_Notify_ACB wait_notify_acb = new Wait_Notify_ACB (); new Thread(() -> { wait_notify_acb.printABC(0); }, "A").start(); new Thread(() -> { wait_notify_acb.printABC(1); }, "B").start(); new Thread(() -> { wait_notify_acb.printABC(2); }, "C").start(); } } 复制代码输出结果：
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC Process finished with exit code 0 复制代码
下面看第二个问题，两个线程交替打印1-100的奇偶数，为了减少输入所占篇幅，这里将100 改成了10。基本思路上面类似，线程odd先拿到锁——打印数字——唤醒线程even——阻塞线程odd，以此循环。
class Wait_Notify_Odd_Even{ private Object monitor = new Object(); private volatile int count; Wait_Notify_Odd_Even(int initCount) { this.count = initCount; } private void printOddEven() { synchronized (monitor) { while (count < 10) { try { System.out.print( Thread.currentThread().getName() + "："); System.out.println(++count); monitor.notifyAll(); monitor.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //防止count=10后，while()循环不再执行，有子线程被阻塞未被唤醒，导致主线程不能退出 monitor.notifyAll(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Wait_Notify_Odd_Even waitNotifyOddEven = new Wait_Notify_Odd_Even(0); new Thread(waitNotifyOddEven::printOddEven, "odd").start(); Thread.sleep(10); //为了保证线程odd先拿到锁 new Thread(waitNotifyOddEven::printOddEven, "even").start(); } } 复制代码运行结果：
odd：1 even：2 odd：3 even：4 odd：5 even：6 odd：7 even：8 odd：9 even：10 复制代码
再看第三个问题，N个线程循环打印1-100，其实仔细想想这个和三个线程循环打印ABC并没有什么本质区别，只需要加上判断是否到了打印数字的最大值的语句即可。假设N=3，为了能把输出结果完全显示，打印1-10，代码如下：
class Wait_Notify_100 { private int num; private static final Object LOCK = new Object(); private int maxnum = 10; private void printABC(int targetNum) { while (true) { synchronized (LOCK) { while (num % 3 != targetNum) { //想想这里为什么不能用if代替，想不起来可以看公众号上一篇文章 if(num >= maxnum){ break; } try { LOCK.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } if(num >= maxnum){ break; } num++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + num); LOCK.notifyAll(); } } } public static void main(String[] args) { Wait_Notify_100 wait_notify_100 = new Wait_Notify_100 (); new Thread(() -> { wait_notify_100.printABC(0); }, "thread1").start(); new Thread(() -> { wait_notify_100.printABC(1); }, "thread2").start(); new Thread(() -> { wait_notify_100.printABC(2); }, "thread3").start(); } } 复制代码输出结果：
thread1: 1 thread2: 2 thread3: 3 thread1: 4 thread2: 5 thread3: 6 thread1: 7 thread2: 8 thread3: 9 thread1: 10 复制代码
面试官： 大家都是用的synchronized+wait/notify，你能不能换个方法解决该问题？
我： 好的，我还会用join()方法
下面介绍的方法只给出第一道题的代码了，否则太长了，相信大家可以举一反三
join()
join()方法：在A线程中调用了B线程的join()方法时，表示只有当B线程执行完毕时，A线程才能继续执行。基于这个原理，我们使得三个线程按顺序执行，然后循环多次即可。无论线程1、线程2、线程3哪个先执行，最后执行的顺序都是线程1——>线程2——>线程3。代码如下：
class Join_ABC { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread t1 = new Thread(new printABC(null),"A"); Thread t2 = new Thread(new printABC(t1),"B"); Thread t3 = new Thread(new printABC(t2),"C"); t0.start(); t1.start(); t2.start(); Thread.sleep(10); //这里是要保证只有t1、t2、t3为一组，进行执行才能保证t1->t2->t3的执行顺序。 } } static class printABC implements Runnable{ private Thread beforeThread; public printABC(Thread beforeThread) { this.beforeThread = beforeThread; } @Override public void run() { if(beforeThread!=null) { try { beforeThread.join(); System.out.print(Thread.currentThread().getName()); }catch(Exception e){ e.printStackTrace(); } }else { System.out.print(Thread.currentThread().getName()); } } } } 复制代码输出结果：
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC 复制代码
面试官： 还会其他方法吗？
我： 还会使用Lock解决该问题。
Lock
该方法很容易理解，不管哪个线程拿到锁，只有符合条件的才能打印。代码如下：
class Lock_ABC { private int num; // 当前状态值：保证三个线程之间交替打印 private Lock lock = new ReentrantLock(); private void printABC(int targetNum) { for (int i = 0; i < 10; ) { lock.lock(); if (num % 3 == targetNum) { num++; i++; System.out.print(Thread.currentThread().getName()); } lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { Lock_ABC lockABC = new Lock_ABC(); new Thread(() -> { lockABC.printABC(0); }, "A").start(); new Thread(() -> { lockABC.printABC(1); }, "B").start(); new Thread(() -> { lockABC.printABC(2); }, "C").start(); } } 复制代码输出结果：
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC 复制代码
面试官： 该方法存在什么问题，可以进一步优化吗
我： 可以使用Lock+Condition实现对线程的精准唤醒，减少对同步锁的无意义竞争，浪费资源。
Lock+Condition
该思路和synchronized+wait/notify方法的很像，synchronized对应lock，await/signal方法对应wait/notify方法。下面的代码为了能精准地唤醒下一个线程，创建了多个Condition对象。
class LockConditionABC { private int num; private static Lock lock = new ReentrantLock(); private static Condition c1 = lock.newCondition(); private static Condition c2 = lock.newCondition(); private static Condition c3 = lock.newCondition(); private void printABC(int targetNum, Condition currentThread, Condition nextThread) { for (int i = 0; i < 10; ) { lock.lock(); try { while (num % 3 != targetNum) { currentThread.await(); //阻塞当前线程 } num++; i++; System.out.print(Thread.currentThread().getName()); nextThread.signal(); //唤醒下一个线程，而不是唤醒所有线程 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } public static void main(String[] args) { LockConditionABC print = new LockConditionABC(); new Thread(() -> { print.printABC(0, c1, c2); }, "A").start(); new Thread(() -> { print.printABC(1, c2, c3); }, "B").start(); new Thread(() -> { print.printABC(2, c3, c1); }, "C").start(); } } 复制代码输出结果：
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC 复制代码
面试官： 除了该方法，还有什么方法可以避免唤醒其他无意义的线程避免资源浪费？
我： 可以通过使用信号量来实现。
Semaphore
Semaphore：用来控制同时访问某个特定资源的操作数量，或者同时执行某个制定操作的数量。Semaphore内部维护了一个计数器，其值为可以访问的共享资源的个数。
一个线程要访问共享资源，先使用acquire()方法获得信号量，如果信号量的计数器值大于等于1，意味着有共享资源可以访问，则使其计数器值减去1，再访问共享资源。如果计数器值为0,线程进入休眠。
当某个线程使用完共享资源后，使用release()释放信号量，并将信号量内部的计数器加1，之前进入休眠的线程将被唤醒并再次试图获得信号量。
代码如下：
class SemaphoreABC { private static Semaphore s1 = new Semaphore(1); //因为先执行线程A，所以这里设s1的计数器为1 private static Semaphore s2 = new Semaphore(0); private static Semaphore s3 = new Semaphore(0); private void printABC(Semaphore currentThread, Semaphore nextThread) { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { currentThread.acquire(); //阻塞当前线程，即信号量的计数器减1为0 System.out.print(Thread.currentThread().getName()); nextThread.release(); //唤醒下一个线程，即信号量的计数器加1 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { SemaphoreABC printer = new SemaphoreABC(); new Thread(() -> { printer.printABC(s1, s2); }, "A").start(); Thread.sleep(10); new Thread(() -> { printer.printABC(s2, s3); }, "B").start(); Thread.sleep(10); new Thread(() -> { printer.printABC(s3, s1); }, "C").start(); } } 复制代码输出结果：
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC 复制代码
面试官： 除了上述五种方法，还有其他方法吗
我： 还有LockSupport、CountDownLatch、AtomicInteger等等。
面试官： 那如何实现三个线程循环打印ACB，其中A打印两次，B打印三次，C打印四次呢？
我： ......
面试官： 如何用两个线程交叉打印数字和字符呢？例如A1B2C3......Z26
我： ......
真正的面试过程中，肯定不会让大家用这么多方法实现多线程交替打印问题，记住一两种即可，大家可以思考下后面两个升级版的问题，原理都是相通的。
作者：路人zhang
链接：https://juejin.cn/post/6959078859568316452