Java 面试题解析：如何使用 ReentrantLock 的条件变量，让多个线程顺序执行？

一. 前言

近日我的一个学生在参加某公司校招面试时，遇到一个多个线程顺序执行的面试题，特意记录下来和大家分享一下，这个题目的具体要求是这样的：假设有 3 个线程 a,b,c，要求三个线程一起进入到就绪态，执行时一定要按照 a-->b-->c 的顺序执行。即使 a 或者 b 线程进入到了阻塞态，也一定会按照 a-->b-->c 的顺序运行线程。请问该如何保证实现这个需求呢？

二. 解决方案

关于这道题，我百度一下网上常见的实现思路，大致有 4 种解决方案：通过 join()方法使当前线程“阻塞”，等待指定线程执行完毕后继续执行；通过倒数计时器 CountDownLatch 实现；通过创建单一化线程池 newSingleThreadExecutor()实现；通过 ReentrantLock 中的条件变量实现；今天我先使用 ReentrantLock 的条件变量来实现这个题目中的需求。

三. 使用 ReentrantLock 条件变量

首先咱们来了解一下，什么是 ReentrantLock 条件变量(Condition)。ReentrantLock 中的条件变量功能，类似于普通 synchronized 的 wait、notify，我们可以使用 Reentrantlock 锁，配合 Condition 对象上的 await()和 signal()或 signalAll()方法，来实现线程间协作。与 synchronized 的 wait 和 notify 不同之处在于，ReentrantLock 中的条件变量可以有多个，可以实现更精细的控制线程。Condition 中常用的方法 API 有如下这些：

<img src="https://picd.zhimg.com/v2-e4b88bb9d3a42fc82bc5f844869fbee3_720w.jpg?source=d16d100b" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="1024" data-rawheight="514" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="1024" data-original="https://picd.zhimg.com/v2-e4b88bb9d3a42fc82bc5f844869fbee3_720w.jpg?source=d16d100b">ReentrantLock 代码实现：class ShareDataLock{

// 线程执行的条件 1：线程 1 执行 2：线程 2 执行 3：线程 3 执行

int number =1;

// 锁

Lock lock = new ReentrantLock();

// 从锁中获得 3 个条件变量

Condition condition1 = lock.newCondition();

Condition condition2 = lock.newCondition();

Condition condition3 = lock.newCondition();

// 第一个线程 run 之后执行的方法

public void f1(){

lock.lock();
try {
  // 如果条件值不为1 就挂起等待
  while(number!=1){
    condition1.await();
  }
  // 故意阻塞100毫秒，看看其他的线程会不会不再排队
  Thread.sleep(100);
  System.out.println("------1--------");
  // 线程1 执行完毕 把变量设置为2
  number = 2;
  // 唤醒第2个条件变量
  condition2.signal();
} catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
} finally {
  // 不管抛没抛出异常都要解锁，防止线程死锁
 lock.unlock();
}

}

public void f2(){

lock.lock();
try {
  while(number!=2){
    condition2.await();
  }
  System.out.println("------2--------");
  number = 3;
  condition3.signal();
} catch (Exception e) {
  e.printStackTrace();
} finally {
  lock.unlock();
}

}

public void f3(){

lock.lock();
try {
  while(number!=3){
    condition3.await();
  }
  System.out.println("------3--------");
  number = 1;
  condition1.signal();
} catch (Exception e) {
  e.printStackTrace();
} finally {
  lock.unlock();
}

}

}

public class SynchronizedAndReentrantLockDemo {

public static void main(String[] args) {

ShareDataLock shareDataLock = new ShareDataLock();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
  // 3个线程分别执行1,2,3 3个方法 ，并且同时就绪
  new Thread(()->shareDataLock.f1(),"AA").start();
  new Thread(()->shareDataLock.f2(),"bb").start();
  new Thread(()->shareDataLock.f3(),"cc").start();
}

}

}

代码执行效果如下图：<img src="https://picd.zhimg.com/v2-b170887d15468db541718ae101cb26a6_720w.jpg?source=d16d100b" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="956" data-rawheight="517" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="956" data-original="https://picd.zhimg.com/v2-b170887d15468db541718ae101cb26a6_720w.jpg?source=d16d100b">

现在我们就会发现，3 个线程已经可以被随意控制了，你会了吗？

四. 后话

如上文所述，让多个线程按顺序执行，网上常见的解决方案有 4 种。但大家要注意的是，面试官出这个题有一个先决条件，“要让所有的线程同时就绪”，所以我们就可以排除使用 join 方法和使用单一化线程池的方案了。那么要想实现这个面试题中的需求，比较靠谱的方法只剩下 ReentrantLock 中的条件变量和使用倒数计时器 CountDownLatch 两种方案了。今天咱们暂时先介绍条件变量的方法，我会在日后的文章中介绍怎样使用 CountDownLatch，让多个线程有序执行，各位敬请期待哦。欢迎关注威哥，天天干货不断！