Java线程锁(二)——循环打印ABC

1、经典例子

  对Object.wait()，Object.notify()的应用最经典的例子，应该是三线程打印ABC的问题了吧，这是一道比较经典的面试题（网上关于本面试题很多），题目要求如下：

  建立三个线程，A线程打印10次A，B线程打印10次B，C线程打印10次C，要求线程同时运行，交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait()，notify()就可以很方便的解决。代码如下：

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {
private String name;
private Object prev;
private Object self;

private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {
this.name = name;
this.prev = prev;
this.self = self;
}

@Override
public void run() {
int count = 10;
while (count > 0) {
synchronized (prev) {
synchronized (self) {
System.out.print(name);
count--;
self.notify();
}
try {
prev.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
Object a = new Object();
Object b = new Object();
Object c = new Object();
MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);
MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);
MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);

new Thread(pa).start();
new Thread(pb).start();
new Thread(pc).start();
}
}

  先来解释一下其整体思路，从大的方向上来讲，该问题为三线程间的同步唤醒操作，主要的目的就是ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环执行三个线程。为了控制线程执行的顺序，那么就必须要确定唤醒、等待的顺序，所以每一个线程必须同时持有两个对象锁，才能继续执行。一个对象锁是prev，就是前一个线程所持有的对象锁。还有一个就是自身对象锁。

  主要的思想就是，为了控制执行的顺序，必须要先持有prev锁，也就前一个线程要释放自身对象锁，再去申请自身对象锁，两者兼备时打印，之后首先调用self.notify()释放自身对象锁，唤醒下一个等待线程，再调用prev.wait()释放prev对象锁，终止当前线程，等待循环结束后再次被唤醒。

  运行上述代码，可以发现三个线程循环打印ABC，共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行，持有C,A对象锁，后释放A,C锁，唤醒B。线程B等待A锁，再申请B锁，后打印B，再释放B，A锁，唤醒C，线程C等待B锁，再申请C锁，后打印C，再释放C,B锁，唤醒A。看起来似乎没什么问题，但如果你仔细想一下，就会发现有问题，就是初始条件，三个线程按照A,B,C的顺序来启动，按照前面的思考，A唤醒B，B唤醒C，C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序。具体来说就是，在main主线程启动ThreadA后，需要在ThreadA执行完，在prev.wait()等待时，再切回线程启动ThreadB，ThreadB执行完，在prev.wait()等待时，再切回主线程，启动ThreadC，只有JVM按照这个线程运行顺序执行，才能保证输出的结果是正确的。而这依赖于JVM的具体实现。

  考虑一种情况，如下：如果主线程在启动A后，执行A，过程中又切回主线程，启动了ThreadB,ThreadC，之后，由于A线程尚未释放self.notify，也就是B需要在synchronized(prev)处等待，而这时C却调用synchronized(prev)获取了对b的对象锁。这样，在A调用完后，同时ThreadB获取了prev也就是a的对象锁，ThreadC的执行条件就已经满足了，会打印C，之后释放c,及b的对象锁，这时ThreadB具备了运行条件，会打印B，也就是循环变成了ACBACB了。这种情况，可以通过在run中主动释放CPU，来进行模拟。代码如下：

public void run() {
int count = 10;
while (count > 0) {
synchronized (prev) {
synchronized (self) {
System.out.print(name);
count--;
try{
Thread.sleep(1);
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
self.notify();
}
try {
prev.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

  运行后的打印结果就变成了ACBACB了。为了避免这种与JVM调度有关的不确定性。需要让A,B,C三个线程以确定的顺序启动，最终代码如下：

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {

private String name;
private Object prev;
private Object self;

private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {
this.name = name;
this.prev = prev;
this.self = self;
}

@Override
public void run() {
int count = 10;
while (count > 0) {
synchronized (prev) {
synchronized (self) {
System.out.print(name);
count--;
try{
Thread.sleep(1);
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
self.notify();
}
try {
prev.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
Object a = new Object();
Object b = new Object();
Object c = new Object();
MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);
MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);
MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);

new Thread(pa).start();
Thread.sleep(10);
new Thread(pb).start();
Thread.sleep(10);
new Thread(pc).start();
Thread.sleep(10);
}
}

  这样才可以完美的解决该问题。通过这个例子也是想说明一下，很多理论、概念如Obj.wait(),Obj.notify()等，理解起来，比较简单，但是在实际的应用当中，这里却是往往出现问题的地方。需要更加深入的理解。并在解决问题的过程中不断加深对概念的掌握。