打印零与奇偶数

难度:

标签:

题目描述

代码结果

运行时间: 34 ms, 内存: 17.2 MB

/*
 * 思路：
 * 1. 与普通Java方法类似，使用信号量控制线程的顺序。
 * 2. 由于Java Stream不适合控制线程间同步，这里仍然使用传统方式。
 * 3. 可以使用IntStream生成序列以简化打印操作。
 */
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.function.IntConsumer;
import java.util.stream.IntStream;

public class ZeroEvenOddStream {
    private int n;
    private Semaphore semaphoreZero = new Semaphore(1);
    private Semaphore semaphoreOddEven = new Semaphore(0);
    private volatile boolean isOddTurn = true;

    public ZeroEvenOddStream(int n) {
        this.n = n;
    }

    public void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        IntStream.range(0, n).forEach(i -> {
            try {
                semaphoreZero.acquire();
                printNumber.accept(0);
                semaphoreOddEven.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        });
    }

    public void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        IntStream.iterate(2, i -> i + 2).limit(n / 2).forEach(i -> {
            try {
                semaphoreOddEven.acquire();
                if (!isOddTurn) {
                    printNumber.accept(i);
                    isOddTurn = true;
                    semaphoreZero.release();
                } else {
                    semaphoreOddEven.release();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        });
    }

    public void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        IntStream.iterate(1, i -> i + 2).limit((n + 1) / 2).forEach(i -> {
            try {
                semaphoreOddEven.acquire();
                if (isOddTurn) {
                    printNumber.accept(i);
                    isOddTurn = false;
                    semaphoreZero.release();
                } else {
                    semaphoreOddEven.release();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        });
    }
}

解释

方法:

该题解使用了三个线程和三个锁（zero_lock, odd_lock, even_lock）来协调输出序列。初始时，odd_lock 和 even_lock 被锁定，zero_lock 可用。zero 函数先获取 zero_lock，输出 0，然后根据当前数字的奇偶性释放 odd_lock 或 even_lock。odd 函数获取 odd_lock，输出奇数，然后释放 zero_lock。even 函数获取 even_lock，输出偶数，然后释放 zero_lock。通过这种方式，三个线程交替执行，按照题目要求输出序列。

时间复杂度:

O(n)

空间复杂度:

O(1)

代码细节讲解

🦆

在实现`ZeroEvenOdd`类时，为什么选择使用三个锁来控制线程同步而不是其他同步机制如信号量或条件变量？

▷

在`ZeroEvenOdd`类的实现中，使用三个锁来确保打印序列的严格交替性，这是因为锁提供了一种简单直观的方式来保证在任意时刻只有一个线程可以执行特定的操作。虽然信号量和条件变量也可以用来控制线程同步，锁在这种特定的用例中提供了更为直接的控制方式。使用锁可以明确地阻塞和唤醒具体的线程，这在需要严格控制执行顺序的场景下非常有效。

🦆

为何在初始化时立即锁定`odd_lock`和`even_lock`，而不是在第一次调用`odd()`或`even()`方法时再进行锁定？

▷

在初始化时立即锁定`odd_lock`和`even_lock`是为了确保在开始时只有`zero`函数可以执行输出。如果在第一次调用`odd()`或`even()`方法时才进行锁定，那么在程序刚开始运行时，这两个锁将是未锁定状态，可能导致`odd()`或`even()`方法在`zero()`方法之前执行，这会违背题目要求的输出序列。因此，预先锁定这些锁是为了控制执行顺序，保证从0开始输出。

🦆

该实现中`zero`函数在释放`even_lock`或`odd_lock`后，是否存在线程安全问题，例如可能的race condition？

▷

在此实现中，`zero`函数在释放`even_lock`或`odd_lock`后，不存在线程安全问题或race condition。每次`zero`函数输出0之后，它通过释放`even_lock`或`odd_lock`恰当地控制了下一个应当执行的线程（奇数或偶数），这样的设计确保了在任意时刻只有一个线程在执行输出操作。由于每个锁在释放之前都是由相应的线程持有的，并且在相应的`odd`或`even`函数完成输出后再次释放`zero_lock`，这保持了输出顺序的准确性和线程的同步执行。

🦆

在`zero`函数中使用`if i % 2 == 0`来决定释放哪一个锁。这种方法是否可能导致在某些情况下线程不同步，尤其是在处理器调度不均或系统负载较高的情况下？

▷

使用`if i % 2 == 0`来决定释放哪一个锁是基于当前数字的奇偶性来决定下一个应当执行的线程（偶数或奇数），这是一个非常明确和直接的逻辑判断。这种方法并不会导致线程不同步，即使在处理器调度不均或系统负载较高的情况下。在这种实现中，每个线程的执行依赖于其对应的锁状态，因此只要锁的逻辑被正确维护，线程同步就能得到保证。线程调度和系统负载可能影响线程的响应时间和执行速度，但不会影响线程间的同步逻辑。

打印零与奇偶数

题目描述

代码结果

解释

代码细节讲解

相关问题

交替打印 FooBar