Question

1195. 交替打印字符串

English Version

题目描述

编写一个可以从 1 到 n 输出代表这个数字的字符串的程序，但是：

• 如果这个数字可以被 3 整除，输出 "fizz"。
• 如果这个数字可以被 5 整除，输出 "buzz"。
• 如果这个数字可以同时被 3 和 5 整除，输出 "fizzbuzz"。

例如，当 n = 15，输出： 1, 2, fizz, 4, buzz, fizz, 7, 8, fizz, buzz, 11, fizz, 13, 14, fizzbuzz。

假设有这么一个类：

class FizzBuzz {
  public FizzBuzz(int n) { ... }         // constructor
  public void fizz(printFizz) { ... }      // only output "fizz"
  public void buzz(printBuzz) { ... }      // only output "buzz"
  public void fizzbuzz(printFizzBuzz) { ... }  // only output "fizzbuzz"
  public void number(printNumber) { ... }    // only output the numbers
}

请你实现一个有四个线程的多线程版  FizzBuzz， 同一个 FizzBuzz 实例会被如下四个线程使用：

1. 线程A将调用 fizz() 来判断是否能被 3 整除，如果可以，则输出 fizz。
2. 线程B将调用 buzz() 来判断是否能被 5 整除，如果可以，则输出 buzz。
3. 线程C将调用 fizzbuzz() 来判断是否同时能被 3 和 5 整除，如果可以，则输出 fizzbuzz。
4. 线程D将调用 number() 来实现输出既不能被 3 整除也不能被 5 整除的数字。

 

提示：

• 本题已经提供了打印字符串的相关方法，如 printFizz() 等，具体方法名请参考答题模板中的注释部分。

 

解法

方法一

class FizzBuzz {
  private int n;

  public FizzBuzz(int n) {
    this.n = n;
  }

  private Semaphore fSema = new Semaphore(0);
  private Semaphore bSema = new Semaphore(0);
  private Semaphore fbSema = new Semaphore(0);
  private Semaphore nSema = new Semaphore(1);

  // printFizz.run() outputs "fizz".
  public void fizz(Runnable printFizz) throws InterruptedException {
    for (int i = 3; i <= n; i = i + 3) {
      if (i % 5 != 0) {
        fSema.acquire();
        printFizz.run();
        nSema.release();
      }
    }
  }

  // printBuzz.run() outputs "buzz".
  public void buzz(Runnable printBuzz) throws InterruptedException {
    for (int i = 5; i <= n; i = i + 5) {
      if (i % 3 != 0) {
        bSema.acquire();
        printBuzz.run();
        nSema.release();
      }
    }
  }

  // printFizzBuzz.run() outputs "fizzbuzz".
  public void fizzbuzz(Runnable printFizzBuzz) throws InterruptedException {
    for (int i = 15; i <= n; i = i + 15) {
      fbSema.acquire();
      printFizzBuzz.run();
      nSema.release();
    }
  }

  // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
  public void number(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
      nSema.acquire();
      if (i % 3 == 0 && i % 5 == 0) {
        fbSema.release();
      } else if (i % 3 == 0) {
        fSema.release();
      } else if (i % 5 == 0) {
        bSema.release();
      } else {
        printNumber.accept(i);
        nSema.release();
      }
    }
  }
}

class FizzBuzz {
private:
  std::mutex mtx;
  atomic<int> index;
  int n;

  // 这里主要运用到了C++11中的RAII锁(lock_guard)的知识。
  // 需要强调的一点是，在进入循环后，要时刻不忘加入index <= n的逻辑
public:
  FizzBuzz(int n) {
    this->n = n;
    index = 1;
  }

  void fizz(function<void()> printFizz) {
    while (index <= n) {
      std::lock_guard<std::mutex> lk(mtx);
      if (0 == index % 3 && 0 != index % 5 && index <= n) {
        printFizz();
        index++;
      }
    }
  }

  void buzz(function<void()> printBuzz) {
    while (index <= n) {
      std::lock_guard<std::mutex> lk(mtx);
      if (0 == index % 5 && 0 != index % 3 && index <= n) {
        printBuzz();
        index++;
      }
    }
  }

  void fizzbuzz(function<void()> printFizzBuzz) {
    while (index <= n) {
      std::lock_guard<std::mutex> lk(mtx);
      if (0 == index % 15 && index <= n) {
        printFizzBuzz();
        index++;
      }
    }
  }

  void number(function<void(int)> printNumber) {
    while (index <= n) {
      std::lock_guard<std::mutex> lk(mtx);
      if (0 != index % 3 && 0 != index % 5 && index <= n) {
        printNumber(index);
        index++;
      }
    }
  }
};