实践JAVA wait(), notify(),sleep方法--一道多线程的面试题

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。

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();
                }
            }     

        } 

//如果确实下面这段代码，那么会有两个线程无法退出,因为输出A的线程打印10次后，没办法调用notify()通知打印B的线程，以此内存.

synchronized (self){

self.notify();

}

    }     

    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();
            }
        }     

    }

//如果确实下面这段代码，那么会有两个线程无法退出,因为输出A的线程打印10次后，没办法调用notify()通知打印B的线程，以此内存.

synchronized (self){

self.notify();

}

}     

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();
                }
            }     

        } 

//如果确实下面这段代码，那么会有两个线程无法退出,因为输出A的线程打印10次后，没办法调用notify()通知打印B的线程，以此内存.

synchronized (self){

self.notify();

}

    }     

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

下面是用concurrent包实现的同样的逻辑代码。

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {     

    private String name;
    private ReentrantLock prev;
    private ReentrantLock self;
    private Condition  prevCondition;
    private Condition  selfCondition;

    private MyThreadPrinter2(String name,
            ReentrantLock prev,Condition  prevCondition,
            ReentrantLock self,Condition  selfCondition) {
        this.name = name;
        this.prev = prev;
        this.self = self;
        this.prevCondition = prevCondition;
        this.selfCondition = selfCondition;
    }     

    public void run() {
        int count = 10;
        while (count > 0) {
            prev.lock();
            self.lock();
            System.out.print(name);
            count--;
            selfCondition.signal();
            self.unlock();
            try {
                prevCondition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            finally {
                prev.unlock();
            }
        }
        self.lock();
        selfCondition.signal();
        self.unlock();
    }     

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ReentrantLock a = new ReentrantLock();
        Condition aCondition = a.newCondition();
        ReentrantLock b = new ReentrantLock();
        Condition bCondition = b.newCondition();
        ReentrantLock c = new ReentrantLock();
        Condition cCondition = c.newCondition();
        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A",c,cCondition,a,aCondition);
        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B",a,aCondition,b,bCondition);
        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C",b,bCondition,c,cCondition);     

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