曹工说面试题：一个线程协同问题，解法繁多，都要被玩坏了，趁着没坏，一起玩吧

前言

最近两个月写文章很少，因为自己学习状态也不是很好，我看了下，上一篇文章，都是一个月前了。

不知道大家有没有感觉，小学初中读的一些书，看的一些文章，到现在都印象深刻，反倒是高中学的知识，高考后就慢慢消散，直到遗忘。

我想说的是，记得初中学过鲁迅的《藤野先生》，里面有一段话，大意是：久了不联系，有时候想联系，却又无从下笔，到最后就更是不了了之了。

我找了下原文：

将走的前几天，他叫我到他家里去，交给我一张照相，后面写着两个字道：“惜别”，还说希望将我的也送他。但我这时适值没有照相了;他便叮嘱我将来照了寄给他，并且时时通信告诉他此后的状况。

我离开仙台之后，就多年没有照过相，又因为状况也无聊，说起来无非使他失望，便连信也怕敢写了。经过的年月一多，话更无从说起，所以虽然有时想写信，却又难以下笔，这样的一直到现在，竟没有寄过一封信和一张照片。从他那一面看起来，是一去之后，杳无消息了。

其实写文章也是这样的，久了不写更不想写，但是心里又时时记着这么个事情，玩也不是很自在；今天先随便写一下，找下状态吧，因为现在文章可能在博客和公众号发，比如博客，一般来说会随意点，但是公众号的话，一般大家质量要求会高一些，结果就是，为了追求高质量，而非要找到一些很厉害的技术点，或者自己研究透了才动笔，这样会导致一些想法难产，因为可能觉得很简单，不值得发到公众号，实际上，很多时候都是浮于表面地觉得很简单，一旦深挖，立马就废。

扯这么多，也是给我自己，或者其他刚开始写技术公众号的同学，也不用觉得非要写的多么多么好才发出来，本来大家都是一步一步来的，各种大佬也不是一下就变成大佬的，把自己的学习过程和成长过程发出来，大家也就知道：哦，大佬原来也这么菜啊，哈哈。

比如最近看到一些算法大佬，一开始也是10道算法题，全部都要看答案的好么。。

扯了不少，言归正传吧，最近在网上看到一个面试题目，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。

ok，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：

• 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。

import countdown.CountdownTest;


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，哈哈。也是群里同学们提供的解法，真的有才！

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();
    }
}

小结

暂时想了这么写，方案还是比较多的，大家可以开动脑筋，头脑风暴吧！我是逐日，混迹成都的老java程序猿，博客里有我更多的一些文章，大家可以看看，暂时没有迁移到公众号的打算。