经典多线程问题（七）- 交替打印字符串

leetcode 1195. 交替打印字符串

编写一个可以从 1 到 n 输出代表这个数字的字符串的程序，但是：

如果这个数字可以被 3 整除，输出 "fizz"。
如果这个数字可以被 5 整除，输出 "buzz"。
如果这个数字可以同时被 3 和 5 整除，输出 "fizzbuzz"。
例如，当 n = 15，输出： 1, 2, fizz, 4, buzz, fizz, 7, 8, fizz, buzz, 11, fizz, 13, 14, fizzbuzz。

假设有这么一个类：

class FizzBuzz {
  public FizzBuzz(int n) { ... }               // constructor
  public void fizz(printFizz) { ... }          // only output "fizz"
  public void buzz(printBuzz) { ... }          // only output "buzz"
  public void fizzbuzz(printFizzBuzz) { ... }  // only output "fizzbuzz"
  public void number(printNumber) { ... }      // only output the numbers
}
请你实现一个有四个线程的多线程版  FizzBuzz， 同一个 FizzBuzz 实例会被如下四个线程使用：

线程A将调用 fizz() 来判断是否能被 3 整除，如果可以，则输出 fizz。
线程B将调用 buzz() 来判断是否能被 5 整除，如果可以，则输出 buzz。
线程C将调用 fizzbuzz() 来判断是否同时能被 3 和 5 整除，如果可以，则输出 fizzbuzz。
线程D将调用 number() 来实现输出既不能被 3 整除也不能被 5 整除的数字。

解法零： 什么都不需要，我们直接while循环来反复判断条件是否成立，问题是由于num不是volatile的，不能及时更新，很多线程都在无意义的死循环（超出时间限制）
class FizzBuzz {
    private int n;
    private int num =1;

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

    // printFizz.run() outputs "fizz".
    public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3==0 && num%5!=0){
                printFizz.run();
                num++;
            }
        }
    }

    // printBuzz.run() outputs "buzz".
    public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3!=0 && num%5==0){
                printBuzz.run();
                num++;
            }
        }
    }

    // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
    public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3==0 && num%5==0){
                printFizzBuzz.run();
                num++;
            }
        }
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3!=0 && num%5!=0){
                printNumber.accept(num);
                num++;
            }
        }
    }
}

解法一：volatile （因为同一时刻可能有多个线程在读取变量，但是必然只有一个线程在写入变量，所以使用volatile完全没有问题）
class FizzBuzz {
    private int n;
    private volatile int num = 1;

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

    // printFizz.run() outputs "fizz".
    public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3==0 && num%5!=0){
                printFizz.run();
                num++;
            }
        }
    }

    // printBuzz.run() outputs "buzz".
    public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3!=0 && num%5==0){
                printBuzz.run();
                num++;
            }
        }
    }

    // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
    public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3==0 && num%5==0){
                printFizzBuzz.run();
                num++;
            }
        }
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            if(num%3!=0 && num%5!=0){
                printNumber.accept(num);
                num++;
            }
        }
    }
}

解法二：既然volatile是可以的，那么AtomicInteger原子操作类必然也是可以的（代码几乎完全一致这里就不再演示了）



解法三：synchronized + volatile （我们知道在某一时刻，必然只有一个线程的操作是有意义的，所以我们可以引入synchronized来让其它线程wait(),到时候在notify）

class FizzBuzz {
    private int n;
    private volatile int num =1;
    private Object lock = new Object();

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

    // printFizz.run() outputs "fizz".
    public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
        synchronized(lock){
            while(num<=n){
                if(num%3==0 && num%5!=0){
                    printFizz.run();
                    num++;
                    lock.notifyAll();
                }else{
                    lock.wait();
                }
            }
        }
    }

    // printBuzz.run() outputs "buzz".
    public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
        synchronized(lock){
            while(num<=n){
                if(num%3!=0 && num%5==0){
                    printBuzz.run();
                    num++;
                    lock.notifyAll();
                }else{
                    lock.wait();
                }
            }
        }
    }

    // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
    public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
        synchronized(lock){
            while(num<=n){
                if(num%3==0 && num%5==0){
                    printFizzBuzz.run();
                    num++;
                    lock.notifyAll();
                }else{
                    lock.wait();
                }
            }
        }
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        synchronized(lock){
            while(num<=n){
                if(num%3!=0 && num%5!=0){
                    printNumber.accept(num);
                    num++;
                    lock.notifyAll();
                }else{
                    lock.wait();
                }
            }
        }
    }
}

解法四：volatile + ReentrantLock （既然synchronized是可以的，那lock必然也是可以的，虽然这两哥几乎也是完全一样的，但是为了复习一下，我们也可以来看看）
class FizzBuzz {
    private int n;
    private volatile int num =1;
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();

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

    // printFizz.run() outputs "fizz".
    public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            lock.lock();
            try{
                if(num%3==0 && num%5!=0){
                    printFizz.run();
                    num++;
                    condition.signalAll();
                }else{
                    condition.await();
                }
            }finally{
                lock.unlock();
            }   
        }
    }

    // printBuzz.run() outputs "buzz".
    public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            lock.lock();
            try{
                if(num%3!=0 && num%5==0){
                    printBuzz.run();
                    num++;
                    condition.signalAll();
                }else{
                    condition.await();
                }
            }finally{
                lock.unlock();
            }   
        }
    }

    // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
    public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
        while(num<=n){
            lock.lock();
            try{
                if(num%3==0 && num%5==0){
                    printFizzBuzz.run();
                    num++;
                    condition.signalAll();
                }else{
                    condition.await();
                }
            }finally{
                lock.unlock();
            }   
        }
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
       while(num<=n){
            lock.lock();
            try{
                if(num%3!=0 && num%5!=0){
                    printNumber.accept(num);
                    num++;
                    condition.signalAll();
                }else{
                    condition.await();
                }
            }finally{
                lock.unlock();
            }   
        }
    }
}











上面的方法都是使用了传统的互斥来解决问题的，现在让我们来使用一些小东西来直接解决问题，那么都有什么呢
countDownLatch CyclicBarrier semaphore exchanger

解法五：

private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4);

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

    // printFizz.run() outputs "fizz".
    public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 == 0 && i % 5 != 0) {
                printFizz.run();
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // printBuzz.run() outputs "buzz".
    public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 != 0 && i % 5 == 0) {
                printBuzz.run();
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
    public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 == 0 && i % 5 == 0) {
                printFizzBuzz.run();
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (i % 3 != 0 && i % 5 != 0) {
                printNumber.accept(i);
            }
            try {
                barrier.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }