如何使用ReentrantLock的條件變數，讓多個執行緒順序執行？

一. 前言

近日有學生在參加某公司校招面試時，遇到一個多個執行緒順序執行的面試題，特意記錄下來和大家分享一下，這個題目的具體要求是這樣的：

假設有3個執行緒 a,b,c，要求三個執行緒一起進入到就緒態，執行時一定要按照 a-->b-->c的順序執行。即使a或者b執行緒進入到了阻塞態，也一定會按照a-->b-->c的順序執行執行緒。請問該如何保證實現這個需求呢？

二. 解決方案

關於這道題，網上常見的實現思路，大致有4種解決方案：

透過join()方法使當前執行緒“阻塞”，等待指定執行緒執行完畢後繼續執行；
透過倒數計時器CountDownLatch實現；
透過建立單一化執行緒池 newSingleThreadExecutor()實現；
透過ReentrantLock 中的條件變數實現；

今天先使用ReentrantLock 的條件變數來實現這個題目中的需求。

三. 使用ReentrantLock 條件變數

首先我們們來了解一下，什麼是ReentrantLock 條件變數(Condition)。

ReentrantLock 中的條件變數功能，類似於普通 synchronized 的 wait、notify，我們可以使用Reentrantlock 鎖，配合 Condition 物件上的 await()和 signal()或 signalAll()方法，來實現執行緒間協作。與synchronized的wait和notify不同之處在於，ReentrantLock中的條件變數可以有多個，可以實現更精細的控制執行緒。

Condition中常用的方法API有如下這些：

ReentrantLock程式碼實現：

class ShareDataLock{
    // 執行緒執行的條件 1：執行緒1執行 2：執行緒2執行 3：執行緒3執行
    int number =1;
    // 鎖
    Lock lock = new ReentrantLock();
    // 從鎖中獲得3個條件變數
    Condition condition1 = lock.newCondition();
    Condition condition2 = lock.newCondition();
    Condition condition3 = lock.newCondition();
    // 第一個執行緒run之後執行的方法
    public void f1(){
        lock.lock();
        try {
            // 如果條件值不為1 就掛起等待
            while(number!=1){
                condition1.await();
            }
            // 故意阻塞100毫秒，看看其他的執行緒會不會不再排隊
            Thread.sleep(100);
            System.out.println("------1--------");
            // 執行緒1 執行完畢 把變數設定為2
            number = 2;
            // 喚醒第2個條件變數
            condition2.signal();
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        } finally {
            // 不管拋沒丟擲異常都要解鎖，防止執行緒死鎖
          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個執行緒分別執行1,2,3 3個方法 ，並且同時就緒
            new Thread(()->shareDataLock.f1(),"AA").start();
            new Thread(()->shareDataLock.f2(),"bb").start();
            new Thread(()->shareDataLock.f3(),"cc").start();
        }
    }
}

程式碼執行效果如下圖：

現在我們就會發現，3個執行緒已經可以被隨意控制了，你會了嗎？

四. 後話

如上文所述，讓多個執行緒按順序執行，網上常見的解決方案有4種。但大家要注意的是，面試官出這個題有一個先決條件，“ 要讓所有的執行緒同時就緒”，所以我們就可以排除使用join方法和使用單一化執行緒池的方案了。那麼要想實現這個面試題中的需求，比較靠譜的方法只剩下ReentrantLock 中的條件變數和使用倒數計時器CountDownLatch兩種方案了。

今天我們們暫時先介紹條件變數的方法，日後的文章中會介紹怎樣使用CountDownLatch，讓多個執行緒有序執行，敬請各位粉絲們繼續期待哦。

如何使用ReentrantLock的條件變數，讓多個執行緒順序執行？

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