
本教程深入探讨如何使用Java `Semaphore`实现两个线程的严格交替执行,以产生“121212...”的序列输出。文章首先分析了常见错误——由于`Semaphore`实例未共享导致的同步失效问题,随后提供了正确的解决方案,并通过详细的代码示例展示了如何初始化和使用共享的`Semaphore`对象,以确保线程间的有序协作和精确同步。
在多线程编程中,我们经常需要协调不同线程的执行顺序,以实现特定的业务逻辑。例如,要求两个线程严格按照“线程A执行一次,然后线程B执行一次,再线程A执行一次……”的模式交替运行。这种场景下,线程间的同步机制至关重要。Java并发包提供了多种同步工具,其中Semaphore(信号量)是实现资源访问控制和线程间协调的强大工具。本教程将重点讲解如何利用Semaphore来解决一个经典的交替打印问题。
我们的目标是实现以下输出序列:12121212....121212,其中“1”由一个线程打印,“2”由另一个线程打印。
为了实现上述目标,一个常见的初步设想是创建两个Semaphore,一个控制线程1的执行,另一个控制线程2的执行,并通过acquire()和release()方法来互相通知。
立即学习“Java免费学习笔记(深入)”;
考虑以下初始代码实现:
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class SemTest {
Semaphore sem1 = new Semaphore(1); // 控制线程1,初始允许执行
Semaphore sem2 = new Semaphore(0); // 控制线程2,初始不允许执行
public static void main(String args[]) {
final SemTest semTest1 = new SemTest(); // 实例1
final SemTest semTest2 = new SemTest(); // 实例2
new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
semTest1.numb1(); // 线程1操作实例1的numb1方法
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}.start();
new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
semTest2.numb2(); // 线程2操作实例2的numb2方法
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}.start();
}
private void numb1() {
while (true) {
try {
sem1.acquire(); // 尝试获取sem1许可
System.out.print(" 1");
sem2.release(); // 释放sem2许可
Thread.sleep(1000); // 模拟工作
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void numb2() {
while (true) {
try {
sem2.acquire(); // 尝试获取sem2许可
System.out.print(" 2");
sem1.release(); // 释放sem1许可
Thread.sleep(1000); // 模拟工作
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}运行上述代码,你可能会发现程序在打印“1”之后就停止了,无法实现预期的“121212...”序列。
问题分析:
核心问题在于main方法中创建了两个SemTest实例:semTest1和semTest2。
第一个线程调用semTest1.numb1(),它操作的是semTest1内部的sem1和sem2。它成功获取semTest1.sem1的许可,打印“1”,然后释放semTest1.sem2的许可。 第二个线程调用semTest2.numb2(),它操作的是semTest2内部的sem1和sem2。它尝试获取semTest2.sem2的许可,但由于semTest2.sem2的初始许可为0,并且没有任何线程释放过它的许可,所以第二个线程会一直阻塞在那里。
这两个线程之间根本没有通过信号量进行任何交互,因为它们操作的是完全不同的信号量对象。要实现线程间的同步,它们必须共享相同的同步原语。
要解决上述问题,关键在于确保两个线程操作的是同一个Semaphore实例。这意味着sem1和sem2必须是所有参与线程共享的资源。
我们将Semaphore实例移到main方法中,并作为局部变量被匿名内部类捕获,从而实现共享。
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class CorrectSemTest {
public static void main(String args[]) {
// 关键:sem1和sem2被定义在main方法中,并由匿名线程类“捕获”
// 确保了两个线程操作的是同一对Semaphore实例
final Semaphore sem1 = new Semaphore(1); // 初始允许线程1执行
final Semaphore sem2 = new Semaphore(0); // 初始阻止线程2执行
// 线程1:负责打印“1”
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
sem1.acquire(); // 获取sem1许可,如果为0则阻塞
System.out.print(" 1");
sem2.release(); // 释放sem2许可,允许线程2执行
Thread.sleep(500); // 模拟工作耗时
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
System.err.println("Thread 1 interrupted.");
}
}
}).start();
// 线程2:负责打印“2”
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
sem2.acquire(); // 获取sem2许可,如果为0则阻塞
System.out.print(" 2");
sem1.release(); // 释放sem1许可,允许线程1执行
Thread.sleep(500); // 模拟工作耗时
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
System.err.println("Thread 2 interrupted.");
}
}
}).start();
}
}运行上述CorrectSemTest代码,你将看到预期的“1 2 1 2 1 2 ...”交替输出。
通过本教程,我们学习了如何使用Java Semaphore实现两个线程的精确交替执行。核心要点在于确保所有参与同步的线程共享同一个Semaphore实例。通过巧妙地初始化两个Semaphore(一个初始许可为1,另一个为0),并让线程在完成任务后释放对方所需的许可,我们成功构建了一个稳定的交替执行机制。理解并正确应用这些并发原语是编写高效、健壮多线程应用程序的基础。
以上就是Java多线程交替执行:利用Semaphore实现精确同步的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
每个人都需要一台速度更快、更稳定的 PC。随着时间的推移,垃圾文件、旧注册表数据和不必要的后台进程会占用资源并降低性能。幸运的是,许多工具可以让 Windows 保持平稳运行。
Copyright 2014-2025 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号