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Java多线程轮流打印ABC的四种实现方式

作者：Mylvzi

在Java中实现多线程轮流打印ABC的操作是一种常见的并发编程练习,它展示了如何利用多线程提高程序执行的效率和并行性,本文将深入探讨如何用Java实现这一任务,需要的朋友可以参考下

在多线程编程中，一个经典的面试题是：

启动三个线程，分别打印 A、B、C，要求按顺序轮流输出，如 ABCABCABC… 重复若干次。

这个问题看似简单，但涉及线程间的协作与通信。本文将从入门到进阶，系统讲解 4 种主流解法，并附带完整可运行的源码。

实现目标

假设每个线程负责打印一个字符：

期望输出如下格式：

ABCABCABCABCABC

循环打印若干次（如 5 次）。

方法一：synchronized + wait/notifyAll

思路解析

使用一个共享变量 state 表示当前轮到哪个线程。每个线程进入临界区后判断是否是自己该打印的时机，否则调用 wait() 挂起，等待唤醒。

示例代码

/*
 1.设置共享变量state控制线程的执行顺序
 2.在打印方法中传入两个参数：打印的内容， 当前线程的state
 3.每个线程在调用打印方法时都要传入自己对应的顺序，A：0，B：1，C：2
*/
public class PrintABC {
    private static int state = 0;// 设置共享变量控制线程执行顺序
    private static final int COUNT = 5;// 控制执行顺序
    private static Object lock = new Object();// 用于加锁的对象

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                printChar("A", 0);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                printChar("B", 1);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            try {
                printChar("C", 2);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

    private static void printChar(String name, int curState) throws InterruptedException {
        int i = 0;
        while(i < COUNT) {
            synchronized (lock) {
                if(state % 3 == curState) {// 是当前线程的执行顺序
                    System.out.print(name + " ");
                    i++;// 控制当前线程的执行的次数
                    state++;// 轮转到下一个线程
                    lock.notifyAll();
                }else {// 轮不到当前线程  wait等待
                    lock.wait();
                }
            }
        }
    }
}

优缺点

方法二：ReentrantLock + Condition

思路解析

相比 synchronized，ReentrantLock 提供更灵活的线程调度机制，Condition 可以精准唤醒目标线程，避免不必要的唤醒。

示例代码

    /*
     *第四种方法：ReentrantLock + Condition 来实现更加精确的线程间通信
     * ReentrantLock实现加锁，解锁； Condition实现线程间的通信
     */

    public static final int COUNT = 5;
    public static int state = 0;
    public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public static Condition conA = lock.newCondition();
    public static Condition conB = lock.newCondition();
    public static Condition conC = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() ->printChar("A", 0, conA, conB)).start();
        new Thread(() ->printChar("B", 1, conB, conC)).start();
        new Thread(() ->printChar("C", 2, conC, conA)).start();
    }

    private static void printChar(String name, int curState, Condition curCondition, Condition nextCondition) {
        for(int i = 0; i < COUNT; i++) {
            lock.lock();
                try {
                    while(state % 3 != curState)
                        curCondition.await();

                    // 是当前线程  执行
                    System.out.print(name);
                    state++;
                    nextCondition.signal();

                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }finally {
                    lock.unlock();
                }

        }
    }

优缺点

方法三：Semaphore 信号量控制

思路解析

使用 3 个信号量 semA、semB、semC 控制线程谁可以打印，线程执行后释放下一个信号量即可。

示例代码

    /*
     * 第二种方法：使用Semaphore 信号量的方式控制执行顺序
     * 如何保证先打印A：semA, semB, semC  将A的许可设置为1，B,C的许可设置为0，则一定先执行A
     * 如何保证打印顺序：在打印方法中传入三个参数：name， curSem, nextSem  A-B  B-C  C-A
     * 执行完当前线程打印内容之后，让下一个线程release一个许可
     */

    private static final Semaphore semA = new Semaphore(1);
    private static final Semaphore semB = new Semaphore(0);
    private static final Semaphore semC = new Semaphore(0);
    private static final int COUNT = 5;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> printChar("A", semA, semB)).start();
        new Thread(() -> printChar("B", semB, semC)).start();
        new Thread(() -> printChar("C", semC, semA)).start();
    }

    private static void printChar(String name, Semaphore cur, Semaphore next) {
        for(int i = 0; i < COUNT;) {
            try {
                cur.acquire();
                System.out.print(name + " ");
                ++i;
                next.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

优缺点

方法四：BlockingQueue 队列传令

思路解析

为每个线程分配一个阻塞队列，当队列有“令牌”时线程执行，执行完毕后将令牌交给下一个队列。
阻塞队列是一个线程安全的队列

  1. 队列为空时，take会阻塞
  2. 队列为满时，put会阻塞

示例代码

    /*
     * 第三种方法：使用BlockingQueue作为令牌的方式来控制打印顺序
     * 创建三个队列，每个队列分别打印对应需要打印的内容
     * 使用令牌来控制打印的顺序，和使用semaphore类似
     * 在打印的方法中传入三个参数：要打印的内容，当前队列，下一个队列
     */

    public static BlockingQueue<String> qA = new ArrayBlockingQueue<>(1);
    public static BlockingQueue<String> qB = new ArrayBlockingQueue<>(1);
    public static BlockingQueue<String> qC = new ArrayBlockingQueue<>(1);
    public static final int COUNT = 5;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> printChar("A", qA, qB)).start();
        new Thread(() -> printChar("B", qB, qC)).start();
        new Thread(() -> printChar("C", qC, qA)).start();

        qA.put("go");
    }

    private static void printChar(String name, BlockingQueue<String> curQueue, BlockingQueue<String> nextQueue) {
        for(int i = 0; i < COUNT; i++) {
            try {
                curQueue.take();// 等待令牌传递
                System.out.print(name + " ");
                nextQueue.put("go");// 传递令牌
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

优缺点

使用Semaphore和BlockingQueue的方式其实很像；对于阻塞队列来说，是通过传递令牌的方式来交接接力棒

总结对比

方法控制方式唤醒机制难度推荐场景
synchronized状态 + 模 3 判断notifyAll⭐简单测试、学习入门
ReentrantLock状态 + Conditionsignal⭐⭐更精确唤醒，推荐实际开发使用
Semaphore信号量控制顺序release/acquire⭐⭐控制有限资源访问/固定顺序
BlockingQueue令牌传递take/put⭐⭐结构直观，适合理解通信流程

写在最后

线程按顺序轮流执行是实际开发中很常见的需求，比如：生产者消费者模型、有序打印日志、顺序处理任务等。

掌握以上几种方法不仅能应对面试题，更能提升对 Java 并发编程的理解。

以上就是Java多线程轮流打印ABC的四种实现方式的详细内容，更多关于Java多线程轮流打印ABC的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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