曹工說面試題：一個執行緒協同問題，解法繁多，都要被玩壞了，趁著沒壞，一起玩吧
阿新 • • 發佈：2020-09-27
# 前言
最近兩個月寫文章很少，因為自己學習狀態也不是很好，我看了下，上一篇文章，都是一個月前了。
不知道大家有沒有感覺，小學初中讀的一些書，看的一些文章，到現在都印象深刻，反倒是高中學的知識，高考後就慢慢消散，直到遺忘。
我想說的是，記得初中學過魯迅的《藤野先生》，裡面有一段話，大意是：久了不聯絡，有時候想聯絡，卻又無從下筆，到最後就更是不了了之了。
我找了下原文：
>將走的前幾天，他叫我到他家裡去，交給我一張照相，後面寫著兩個字道：“惜別”，還說希望將我的也送他。但我這時適值沒有照相了;他便叮囑我將來照了寄給他，並且時時通訊告訴他此後的狀況。
>
>我離開仙台之後，就多年沒有照過相，又因為狀況也無聊，說起來無非使他失望，便連信也怕敢寫了。經過的年月一多，話更無從說起，所以雖然有時想寫信，卻又難以下筆，這樣的一直到現在，竟沒有寄過一封信和一張照片。從他那一面看起來，是一去之後，杳無訊息了。
其實寫文章也是這樣的，久了不寫更不想寫，但是心裡又時時記著這麼個事情，玩也不是很自在；今天先隨便寫一下，找下狀態吧，因為現在文章可能在部落格和公眾號發，比如部落格，一般來說會隨意點，但是公眾號的話，一般大家質量要求會高一些，結果就是，為了追求高質量，而非要找到一些很厲害的技術點，或者自己研究透了才動筆，這樣會導致一些想法難產，因為可能覺得很簡單，不值得發到公眾號，實際上，很多時候都是浮於表面地覺得很簡單，一旦深挖，立馬就廢。
扯這麼多，也是給我自己，或者其他剛開始寫技術公眾號的同學，也不用覺得非要寫的多麼多麼好才發出來，本來大家都是一步一步來的，各種大佬也不是一下就變成大佬的，把自己的學習過程和成長過程發出來，大家也就知道：哦，大佬原來也這麼菜啊，哈哈。
比如最近看到一些演算法大佬，一開始也是10道演算法題，全部都要看答案的好麼。。
扯了不少，言歸正傳吧，最近在網上看到一個面試題目，感覺挺有意思的，大意如下：
ok，大家看到這個題，可以先理解下，這裡啟動了兩個執行緒，a和b，但是雖然說a在b之前start，不一定就可以保證執行緒a的邏輯，可以先於執行緒b執行，所以，這裡的意思是，執行緒a和b，執行順序互不干擾，我們不應該假定其中一個執行緒可以先於另外一個執行。
另外，既然是面試題，那常規做法自然是不用上了，比如讓b先sleep幾秒鐘之類的，如果真這麼答，那可能面試就結束了吧。
ok，我們下面開始分析解法。
# 可見性保證
程式裡定義了一個全域性變數，var = 1；執行緒a會修改這個變數為2，執行緒b則在變數為2時，執行自己的業務邏輯。
那麼，這裡首先，我們要做的是，先講var使用volatile修飾，保證多執行緒操作時的可見性。
```java
public static volatile int var = 1;
```
# 解法分析
經過前面的可見性保證的分析，我們知道，要想達到目的，其實就是要保證：
**a中的對var+1的操作，需要先於b執行。**
但是，現在的問題是，兩個執行緒同時啟動，不知道誰先誰後，怎麼保證a先執行，b後執行呢？
讓執行緒b先不執行，大概有兩種思路，一種是阻塞該執行緒，一種是不阻塞該執行緒，阻塞的話，我們可以想想，怎麼阻塞一個執行緒。
大概有：
* synchronized，取不到鎖時，阻塞
* java.util.concurrent.locks.ReentrantLock#lock，取不到鎖時，阻塞
* object.wait，取到synchronized了，但是因為一些條件不滿足，執行不下去，呼叫wait，將釋放鎖，並進入等待佇列，執行緒暫停執行
* java.util.concurrent.locks.Condition.await，和object.wait類似，只不過object.wait在jvm層面，使用c++實現，Condition.await在jdk層面使用java語言實現
* threadA.join()，等待對應的執行緒threadA執行完成後，本執行緒再繼續執行；threadA沒結束，則當前執行緒阻塞；
* CountDownLatch#await，在對應的state不為0時，阻塞
* Semaphore#acquire()，在state為0時（即剩餘令牌為0時），阻塞
* 其他阻塞佇列、FutureTask等等
如果不讓執行緒進入阻塞，則一般可以讓執行緒進入一個while迴圈，迴圈的退出條件，可以由執行緒a來修改，執行緒a修改後，執行緒b跳出迴圈。
比如：
```java
volatile boolean stop = false;
while (!stop){
...
}
```
上面也說了這麼多了，我們實際上手寫一寫吧。
# 錯誤解法1--基於wait
下面的思路是基於wait、notify；執行緒b直接wait，執行緒a在修改了變數後，進行notify。
```java
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();
}
}
```
大家覺得這個程式碼能行嗎？實際是不行的。因為實際的順序可能是：
```
執行緒a--1
執行緒a--2
執行緒b--1
執行緒b--2
```
線上程a-2時，執行緒a去notify，但是此時執行緒b還沒開始wait，所以此時的notify是沒有任何效果的：沒人在等，notify個錘子。
怎麼修改，本方案才行得通呢？
那就是，修改執行緒a的程式碼，不要急著notify，先等等。
```java
Thread a = new Thread(() -> {
Global1.var++;
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (monitor) {
monitor.notify();
}
});
```
但是這樣的話，明顯不合適，有作弊嫌疑，也不優雅。
# 錯誤解法2--基於condition的signal
```java
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();
}
}
```
這個方案使用了Condition物件來實現object的notify、wait效果。當然，這個也有同樣的問題。
# 正確解法1--基於錯誤解法2進行改進
我們看看，前面問題的根源在於，我們執行緒a，在去通知執行緒b的時候，有可能執行緒b還沒開始wait，所以此時通知失效。
那麼，我們是不是可以先等等，等執行緒b開始wait了，再去通知呢？
```java
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處程式碼，就是這個思想，在signal之前，判斷當前condition上是否有waiter執行緒，如果沒有，就死迴圈；如果有，才去執行signal。
這個方法實測是可行的。
# 正確解法2
對正確解法1，換一個api，就變成了正確解法2.
```java
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這裡，獲取condition上等待佇列的長度，如果為0，說明沒有等待者，則死迴圈。
# 正確解法3--基於Semaphore
剛開始，我們初始化一個訊號量，state為0. 執行緒b去獲取訊號量的時候，就會阻塞。
然後我們執行緒a再去釋放一個訊號量，此時執行緒b就可以繼續執行。
```java
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();
}
}
```
# 正確解法4--基於CountDownLatch
```java
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();
}
}
```
# 正確解法5--基於BlockingQueue
這裡使用了ArrayBlockingQueue，其他的阻塞佇列也是可以的。
```java
import countdown.CountdownTest;
public class Global1 {
public static volatile int var = 1;
public static final ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue