遇到个面试题，挺有意思
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2022-07-11 22:45
大家好，我是鱼皮，最近看到一个面试题目，感觉挺有意思的，大意如下：
ok，大家看到这个题，可以先理解下，这里启动了两个线程，a 和 b，但是虽然说 a 在 b 之前 start，不一定就可以保证线程 a 的逻辑，可以先于线程 b 执行。
所以，这里的意思是，线程 a 和 b，执行顺序互不干扰，我们不应该假定其中一个线程可以先于另外一个执行。
另外，既然是面试题，那常规做法自然是不用上了，比如让 b 先 sleep 几秒钟之类的，如果真这么答，那可能面试就结束了吧。
好，我们下面开始分析解法。
可见性保证
程序里定义了一个全局变量，var = 1。
线程a会修改这个变量为2，线程b则在变量为2时，执行自己的业务逻辑。
那么，这里首先，我们要做的是，先讲var使用volatile修饰，保证多线程操作时的可见性。
public static volatile int var = 1;
解法分析
经过前面的可见性保证的分析，我们知道，要想达到目的，其实就是要保证：
a中的对var+1的操作，需要先于b执行。
但是，现在的问题是，两个线程同时启动，不知道谁先谁后，怎么保证 a 先执行，b 后执行呢？
让线程 b 先不执行，大概有两种思路：一种是阻塞该线程，一种是不阻塞该线程。阻塞的话，我们可以想想，怎么阻塞一个线程。
大概有下面这些方法：
synchronized，取不到锁时，阻塞 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock#lock，取不到锁时，阻塞 object.wait，取到synchronized了，但是因为一些条件不满足，执行不下去，调用wait，将释放锁，并进入等待队列，线程暂停运行 java.util.concurrent.locks.Condition.await，和object.wait类似，只不过object.wait在jvm层面，使用c++实现，Condition.await在jdk层面使用java语言实现 threadA.join()，等待对应的线程threadA执行完成后，本线程再继续运行；threadA没结束，则当前线程阻塞； CountDownLatch#await，在对应的state不为0时，阻塞 Semaphore#acquire()，在state为0时（即剩余令牌为0时），阻塞 其他阻塞队列、FutureTask等等
如果不让线程进入阻塞，则一般可以让线程进入一个while循环，循环的退出条件，可以由线程a来修改，线程a修改后，线程b跳出循环。
比如：
volatile boolean stop = false;
while (!stop){
...
}
上面也说了这么多了，我们实际上手写一写吧。
错误解法1--基于wait
下面的思路是基于wait、notify。
线程b直接wait，线程a在修改了变量后，进行notify。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final Object monitor = new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
// 1
Global1.var++;
// 2
synchronized (monitor) {
monitor.notify();
}
});
Thread b = new Thread(() -> {
// 3
synchronized (monitor) {
try {
monitor.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 4
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
a.start();
b.start();
}
}
大家觉得这个代码能行吗？
实际是不行的。因为实际的顺序可能是：
线程a--1
线程a--2
线程b--1
线程b--2
在线程 a-2 时，线程 a 去 notify，但是此时线程 b 还没开始 wait，所以此时的 notify 是没有任何效果的：
没人在等，notify 个锤子。
怎么修改，本方案才行得通呢？
那就是，修改线程 a 的代码，不要急着 notify，先等等。
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (monitor) {
monitor.notify();
}
});
但是这样的话，明显不合适，有作弊嫌疑，也不优雅。
错误解法2--基于condition的signal
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
public static final Condition condition = reentrantLock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
});
Thread b = new Thread(() -> {
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
a.start();
b.start();
}
}
这个方案使用了 Condition 对象来实现 object 的 notify、wait 效果。当然，这个也有同样的问题。
正确解法1--基于错误解法2进行改进
我们看看，前面问题的根源在于，我们线程 a，在去通知线程 b 的时候，有可能线程 b 还没开始 wait，所以此时通知失效。
那么，我们是不是可以先等等，等线程 b 开始 wait 了，再去通知呢？
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
// 1
while (!reentrantLock.hasWaiters(condition)) {
Thread.yield();
}
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
});
1 处代码，就是这个思想，在 signal 之前，判断当前 condition 上是否有 waiter 线程，如果没有，就死循环；如果有，才去执行 signal。
这个方法实测是可行的。
正确解法2
对正确解法 1，换一个 api，就变成了正确解法 2.
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
final ReentrantLock lock = reentrantLock;
lock.lock();
try {
// 1
while (reentrantLock.getWaitQueueLength(condition) == 0) {
Thread.yield();
}
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
});
1 这里，获取 condition 上等待队列的长度，如果为 0，说明没有等待者，则死循环。
正确解法3--基于Semaphore
刚开始，我们初始化一个信号量，state 为 0。
线程 b 去获取信号量的时候，就会阻塞。
然后我们线程 a 再去释放一个信号量，此时线程 b 就可以继续执行。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final Semaphore semaphore = new Semaphore(0);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
semaphore.release();
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
semaphore.acquire();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法4--基于CountDownLatch
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
countDownLatch.countDown();
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
countDownLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法5--基于BlockingQueue#
这里使用了 ArrayBlockingQueue，其他的阻塞队列也是可以的。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Object>(1);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
arrayBlockingQueue.offer(new Object());
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
arrayBlockingQueue.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法6--基于FutureTask
我们也可以让线程 b 等待一个 task 的执行结果。
而线程 a 在执行完修改 var 为 2 后，执行该任务，任务执行完成后，线程 b 就会被通知继续执行。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final FutureTask futureTask = new FutureTask<Object>(new Callable<Object>() {
@Override
public Object call() throws Exception {
System.out.println("callable task ");
return null;
}
});
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
futureTask.run();
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
futureTask.get();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法7--基于join
这个可能是最简洁直观的解法：
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
a.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
正确解法8--基于CompletableFuture
这个和第 6 种类似。都是基于 future。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final CompletableFuture<Object> completableFuture =
new CompletableFuture<Object>();
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
completableFuture.complete(new Object());
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
try {
completableFuture.get();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
非阻塞--正确解法9--忙等待
这种代码量也少，只要线程 b 在变量为 1 时，死循环就行了。
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
while (var == 1) {
Thread.yield();
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
非阻塞--正确解法10--忙等待
忙等待的方案很多，反正就是某个条件不满足时，不阻塞自己，阻塞了会释放 cpu，我们就是不希望释放 cpu 的。
比如像下面这样也可以：
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final AtomicInteger atomicInteger =
new AtomicInteger(1);
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
atomicInteger.set(2);
});
a.setName("thread a");
Thread b = new Thread(() -> {
while (true) {
boolean success = atomicInteger.compareAndSet(2, 1);
if (success) {
break;
} else {
Thread.yield();
}
}
if (Global1.var == 2) {
//do something;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " good job");
}
});
b.setName("thread b");
a.start();
b.start();
}
}
暂时想了这么些，方案还是比较多的，大家可以开动脑筋，头脑风暴吧。
看看你还有什么骚操作，可以在评论区留言。
以上就是本期分享了。
最后,欢迎加入 鱼皮的编程知识星球（点击了解详情），和大家一起交流学习编程，向鱼皮和大厂同学 1 对 1 提问、帮你制定学习计划不迷茫、跟着鱼皮直播做项目（往期项目可无限回看）、领取鱼皮原创编程学习/求职资料等。最近秋招开始了，星球内也会帮大家规划求职进度、完善简历和项目。
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