Question

1114. 按序打印

English Version

题目描述

给你一个类：

public class Foo {
  public void first() { print("first"); }
  public void second() { print("second"); }
  public void third() { print("third"); }
}

三个不同的线程 A、B、C 将会共用一个 Foo 实例。

• 线程 A 将会调用 first() 方法
• 线程 B 将会调用 second() 方法
• 线程 C 将会调用 third() 方法

请设计修改程序，以确保 second() 方法在 first() 方法之后被执行，third() 方法在 second() 方法之后被执行。

提示：

• 尽管输入中的数字似乎暗示了顺序，但是我们并不保证线程在操作系统中的调度顺序。
• 你看到的输入格式主要是为了确保测试的全面性。

 

示例 1：

输入：nums = [1,2,3]
输出："firstsecondthird"
解释：
有三个线程会被异步启动。输入 [1,2,3] 表示线程 A 将会调用 first() 方法，线程 B 将会调用 second() 方法，线程 C 将会调用 third() 方法。正确的输出是 "firstsecondthird"。

示例 2：

输入：nums = [1,3,2]
输出："firstsecondthird"
解释：
输入 [1,3,2] 表示线程 A 将会调用 first() 方法，线程 B 将会调用 third() 方法，线程 C 将会调用 second() 方法。正确的输出是 "firstsecondthird"。

 

提示：

• nums 是 [1, 2, 3] 的一组排列

解法

方法一：多线程 + 锁或信号量

我们可以用三个信号量 $a$, $b$, $c$ 来控制三个线程的执行顺序，初始时 $a$ 信号量的计数为 $1$，$b$ 和 $c$ 的计数为 $0$。

线程 $A$ 在执行 first() 方法时，首先需要获取 $a$ 信号量，获取成功后执行 first() 方法，然后释放 $b$ 信号量，这样线程 $B$ 就可以获取 $b$ 信号量并执行 second() 方法。

线程 $B$ 在执行 second() 方法时，首先需要获取 $b$ 信号量，获取成功后执行 second() 方法，然后释放 $c$ 信号量，这样线程 $C$ 就可以获取 $c$ 信号量并执行 third() 方法。

线程 $C$ 在执行 third() 方法时，首先需要获取 $c$ 信号量，获取成功后执行 third() 方法，然后释放 $a$ 信号量，这样线程 $A$ 就可以获取 $a$ 信号量并执行 first() 方法。

时间复杂度 $O(1)$，空间复杂度 $O(1)$。

class Foo:
  def __init__(self):
    self.l2 = threading.Lock()
    self.l3 = threading.Lock()
    self.l2.acquire()
    self.l3.acquire()

  def first(self, printFirst: 'Callable[[], None]') -> None:
    printFirst()
    self.l2.release()

  def second(self, printSecond: 'Callable[[], None]') -> None:
    self.l2.acquire()
    printSecond()
    self.l3.release()

  def third(self, printThird: 'Callable[[], None]') -> None:
    self.l3.acquire()
    printThird()

class Foo {
  private Semaphore a = new Semaphore(1);
  private Semaphore b = new Semaphore(0);
  private Semaphore c = new Semaphore(0);

  public Foo() {
  }

  public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {
    a.acquire(1);
    // printFirst.run() outputs "first". Do not change or remove this line.
    printFirst.run();
    b.release(1);
  }

  public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {
    b.acquire(1);
    // printSecond.run() outputs "second". Do not change or remove this line.
    printSecond.run();
    c.release(1);
  }

  public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {
    c.acquire(1);
    // printThird.run() outputs "third". Do not change or remove this line.
    printThird.run();
    a.release(1);
  }
}

class Foo {
private:
  mutex m2, m3;

public:
  Foo() {
    m2.lock();
    m3.lock();
  }

  void first(function<void()> printFirst) {
    printFirst();
    m2.unlock();
  }

  void second(function<void()> printSecond) {
    m2.lock();
    printSecond();
    m3.unlock();
  }

  void third(function<void()> printThird) {
    m3.lock();
    printThird();
  }
};

方法二

from threading import Semaphore


class Foo:
  def __init__(self):
    self.a = Semaphore(1)
    self.b = Semaphore(0)
    self.c = Semaphore(0)

  def first(self, printFirst: 'Callable[[], None]') -> None:
    self.a.acquire()
    # printFirst() outputs "first". Do not change or remove this line.
    printFirst()
    self.b.release()

  def second(self, printSecond: 'Callable[[], None]') -> None:
    self.b.acquire()
    # printSecond() outputs "second". Do not change or remove this line.
    printSecond()
    self.c.release()

  def third(self, printThird: 'Callable[[], None]') -> None:
    self.c.acquire()
    # printThird() outputs "third". Do not change or remove this line.
    printThird()
    self.a.release()

#include <semaphore.h>

class Foo {
private:
  sem_t a, b, c;

public:
  Foo() {
    sem_init(&a, 0, 1);
    sem_init(&b, 0, 0);
    sem_init(&c, 0, 0);
  }

  void first(function<void()> printFirst) {
    sem_wait(&a);
    // printFirst() outputs "first". Do not change or remove this line.
    printFirst();
    sem_post(&b);
  }

  void second(function<void()> printSecond) {
    sem_wait(&b);
    // printSecond() outputs "second". Do not change or remove this line.
    printSecond();
    sem_post(&c);
  }

  void third(function<void()> printThird) {
    sem_wait(&c);
    // printThird() outputs "third". Do not change or remove this line.
    printThird();
    sem_post(&a);
  }
};