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| 1 | +题目来源于 LeetCode 多线程 第 1117 号问题:H2O 生成。题目难度为 Middle。 |
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| 3 | +* [中文地址:https://leetcode-cn.com/problems/building-h2o](https://leetcode-cn.com/problems/building-h2o) |
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| 5 | +## 题目描述 |
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| 7 | +现在有两种线程,氧 `oxygen` 和氢 `hydrogen`,你的目标是组织这两种线程来产生水分子。 |
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| 9 | +存在一个屏障(barrier)使得每个线程必须等候直到一个完整水分子能够被产生出来。 |
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| 12 | +氢和氧线程会被分别给予 `releaseHydrogen` 和 `releaseOxygen` 方法来允许它们突破屏障。 |
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| 15 | +这些线程应该三三成组突破屏障并能立即组合产生一个水分子。 |
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| 17 | +你必须保证产生一个水分子所需线程的结合必须发生在下一个水分子产生之前。 |
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| 19 | +换句话说: |
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| 21 | +* 如果一个氧线程到达屏障时没有氢线程到达,它必须等候直到两个氢线程到达。 |
| 22 | +* 如果一个氢线程到达屏障时没有其它线程到达,它必须等候直到一个氧线程和另一个氢线程到达。 |
| 23 | + |
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| 25 | + |
| 26 | +**示例 1:** |
| 27 | + |
| 28 | +``` |
| 29 | +输入: "HOH" |
| 30 | +输出: "HHO" |
| 31 | +解释: "HOH" 和 "OHH" 依然都是有效解。 |
| 32 | +``` |
| 33 | + |
| 34 | +**示例 2:** |
| 35 | + |
| 36 | +``` |
| 37 | +输入: "OOHHHH" |
| 38 | +输出: "HHOHHO" |
| 39 | +解释: "HOHHHO", "OHHHHO", "HHOHOH", "HOHHOH", "OHHHOH", "HHOOHH", "HOHOHH" 和 "OHHOHH" 依然都是有效解。 |
| 40 | +``` |
| 41 | + |
| 42 | +## 思路: |
| 43 | + |
| 44 | +这道题主要考多线程当中的 Semaphore(信号量) 和 CyclicBarrier 的使用,主要介绍这两种实现方式: |
| 45 | + |
| 46 | +* Semaphore + CyclicBarrier 实现 |
| 47 | +* Semaphore 实现 |
| 48 | + |
| 49 | +根据题意分析: |
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| 51 | +* 如果一个氧线程到达屏障时没有氢线程到达,它必须等候直到两个氢线程到达。 |
| 52 | +* 如果一个氢线程到达屏障时没有其它线程到达,它必须等候直到一个氧线程和另一个氢线程到达。 |
| 53 | + |
| 54 | +无论是 **氢线程** 还是 **氧线程** 先到达,都必须满足一个条件: **两个氢线程** 和 **一个氧线程** 都必须到达才能继续往下执行。满足 CyclicBarrier 的特点。 |
| 55 | + |
| 56 | +**CyclicBarrier** 的作用是让一组线程全部达到一个状态之后再全部同时执行,而且他有一个特点就是所有线程执行完毕之后是可以重用的。 |
| 57 | + |
| 58 | +那么如何控制 H 和 0 的输出顺序呢,可以使用 Semaphore(信号量),Semaphore 有以下几个方法: |
| 59 | + |
| 60 | +**构造方法:** |
| 61 | + |
| 62 | +``` |
| 63 | +// 默认创建公平锁 |
| 64 | +// permits 表示同一时间访问共享资源的线程数 |
| 65 | +public Semaphore(int permits) { |
| 66 | + sync = new NonfairSync(permits); |
| 67 | +} |
| 68 | + |
| 69 | +private Semaphore sh = new Semaphore(2); |
| 70 | +private Semaphore so = new Semaphore(1); |
| 71 | +``` |
| 72 | + |
| 73 | +其中 permits 的值直接传给了 AQS 父类,也就是设置了 AQS 的 state 属性,表示允许多少个线程来访问: |
| 74 | + |
| 75 | +* `Semaphore(2)` 表示允许两个氢线程 |
| 76 | +* `Semaphore(1)` 表示允许一个氧线程 |
| 77 | + |
| 78 | +**acquire() 方法** |
| 79 | + |
| 80 | +当线程调用了 `acquire()` 方法, 对 state 值减 1。当 `state` 等于 0,再次调用 `acquire()` 方法,线程将会被加入到同步队列并阻塞,直到其他线程调用 `release()` 方法,对 state 值加 1 ,当前线程才可以继续访问。 |
| 81 | + |
| 82 | +`acquire(2)` 方法表示获得两个许可才能继续执行,否则处于阻塞状态,对 state 值减 2 |
| 83 | + |
| 84 | +**release() 方法** |
| 85 | + |
| 86 | +调用 `release()` 方法,对 state 值加 1。每次调用 `acquire()` 方法的时候,一定要保证 `release()` 方法的执行, 否则会导致资源一直无法释放,另外需要注意的是 `acquire()` 方法 和 `release()` 一定是成对出现的。 |
| 87 | + |
| 88 | +`release(2)` 方法表示释放两个许可,对 state 值加 2 |
| 89 | + |
| 90 | + |
| 91 | +> Java 和 Kotlin 实现大体上一致,这里主要演示 Java 的写法。 |
| 92 | + |
| 93 | +### Semaphore + CyclicBarrier 实现 |
| 94 | + |
| 95 | +``` |
| 96 | +class H2O { |
| 97 | + |
| 98 | + private Semaphore sh = new Semaphore(2); |
| 99 | + private Semaphore so = new Semaphore(1); |
| 100 | + private CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(3, new Runnable() { |
| 101 | + @Override |
| 102 | + public void run() { |
| 103 | + // 两个氢线程 和 一个氧线程 都到达之后,释放 H 和 0的信号量 |
| 104 | + sh.release(2); |
| 105 | + so.release(1); |
| 106 | + } |
| 107 | + }); |
| 108 | + |
| 109 | + public H2O() { |
| 110 | + |
| 111 | + } |
| 112 | + |
| 113 | + public void hydrogen(Runnable releaseHydrogen) throws InterruptedException { |
| 114 | + |
| 115 | + // releaseHydrogen.run() outputs "H". Do not change or remove this line. |
| 116 | + sh.acquire(); |
| 117 | + releaseHydrogen.run(); |
| 118 | + try { |
| 119 | + cb.await(); |
| 120 | + } catch (Exception e) { |
| 121 | + |
| 122 | + } |
| 123 | + } |
| 124 | + |
| 125 | + public void oxygen(Runnable releaseOxygen) throws InterruptedException { |
| 126 | + |
| 127 | + // releaseOxygen.run() outputs "O". Do not change or remove this line. |
| 128 | + so.acquire(); |
| 129 | + releaseOxygen.run(); |
| 130 | + try { |
| 131 | + cb.await(); |
| 132 | + } catch (Exception e) { |
| 133 | + |
| 134 | + } |
| 135 | + } |
| 136 | +} |
| 137 | +``` |
| 138 | + |
| 139 | +### Semaphore 实现 |
| 140 | + |
| 141 | +``` |
| 142 | +class H2O { |
| 143 | + private Semaphore sh = new Semaphore(2); |
| 144 | + private Semaphore so = new Semaphore(0); |
| 145 | + |
| 146 | + public H2O() { |
| 147 | + |
| 148 | + } |
| 149 | + |
| 150 | + public void hydrogen(Runnable releaseHydrogen) throws InterruptedException { |
| 151 | + sh.acquire(); |
| 152 | + // releaseHydrogen.run() outputs "H". Do not change or remove this line. |
| 153 | + releaseHydrogen.run(); |
| 154 | + so.release(); |
| 155 | + } |
| 156 | + |
| 157 | + public void oxygen(Runnable releaseOxygen) throws InterruptedException { |
| 158 | + so.acquire(2); // 等待 两个氢线程 到了之后,才能执行 氧线程 |
| 159 | + // releaseOxygen.run() outputs "O". Do not change or remove this line. |
| 160 | + releaseOxygen.run(); |
| 161 | + sh.release(2); |
| 162 | + } |
| 163 | +} |
| 164 | +``` |
| 165 | + |
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