Java|LeetCode-1117. H2O 生成（多线程） LeetCode|并发编程

LeetCode 题目描述现在有两种线程，氢 oxygen 和氧 hydrogen，你的目标是组织这两种线程来产生水分子。
存在一个屏障（barrier）使得每个线程必须等候直到一个完整水分子能够被产生出来。
氢和氧线程会被分别给予 releaseHydrogen 和 releaseOxygen 方法来允许它们突破屏障。
这些线程应该三三成组突破屏障并能立即组合产生一个水分子。
你必须保证产生一个水分子所需线程的结合必须发生在下一个水分子产生之前。
换句话说:

如果一个氧线程到达屏障时没有氢线程到达，它必须等候直到两个氢线程到达。
如果一个氢线程到达屏障时没有其它线程到达，它必须等候直到一个氧线程和另一个氢线程到达。

书写满足这些限制条件的氢、氧线程同步代码。
示例 1:

输入: "HOH" 输出: "HHO" 解释: "HOH" 和 "OHH" 依然都是有效解。

示例 2:

输入: "OOHHHH" 输出: "HHOHHO" 解释: "HOHHHO", "OHHHHO", "HHOHOH", "HOHHOH", "OHHHOH", "HHOOHH", "HOHOHH" 和 "OHHOHH" 依然都是有效解。

限制条件:

输入字符串的总长将会是 3n, 1 ≤ n ≤ 50；
输入字符串中的 “H” 总数将会是 2n；
输入字符串中的 “O” 总数将会是 n。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/building-h2o
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题解整体思考思路为：

2 个线程并发执行
2 个线程可执行的数量不同（限制线程数量）
2 个线程等待状态互相制约（当前执行的线程需要生成一个水分子后后放行下一组线程）

1.Semaphore + CyclicBarrier
思路：使用信号量控制 2 个线程的访问数量，使用 CyclicBarrier 控制三三成组的执行。
考虑：CyclicBarrier 比较重量级。

class H2O {// 信号量保证 H2/0 线程执行等待状态，即每次只有 2 个 H 线程、1 个 O 线程可执行 private final Semaphore h2 = new Semaphore(2, false); private final Semaphore o = new Semaphore(1, false); // 屏障，保证线程三三成组执行 private final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3); public H2O() { }public void hydrogen(Runnable releaseHydrogen) throws InterruptedException { h2.acquire(); try { barrier.await(); } catch (BrokenBarrierException e) { throw new InterruptedException(e.getMessage()); } // releaseHydrogen.run() outputs "H". Do not change or remove this line. releaseHydrogen.run(); h2.release(); }public void oxygen(Runnable releaseOxygen) throws InterruptedException { o.acquire(); try { barrier.await(); } catch (BrokenBarrierException e) { throw new InterruptedException(e.getMessage()); } // releaseOxygen.run() outputs "O". Do not change or remove this line. releaseOxygen.run(); o.release(); } }

2. Semaphore + AtomicInteger
【Java|LeetCode-1117. H2O 生成（多线程）】思路：使用信号量控制 2 个线程的访问数量，使用 AtomicInteger（CAS）控制三三成组的执行。

class H2O {// 信号量保证 H2/0 线程执行等待状态，即每次只有 2 个 H 线程、1 个 O 线程可执行 private final Semaphore h2 = new Semaphore(2, false); private final Semaphore o = new Semaphore(1, false); // 屏障，保证线程三三成组执行 private final AtomicInteger barrier = new AtomicInteger(); public H2O() { }public void hydrogen(Runnable releaseHydrogen) throws InterruptedException { h2.acquire(); // releaseHydrogen.run() outputs "H". Do not change or remove this line. releaseHydrogen.run(); barrier.getAndIncrement(); resetBarrier(); }public void oxygen(Runnable releaseOxygen) throws InterruptedException { o.acquire(); // releaseOxygen.run() outputs "O". Do not change or remove this line. releaseOxygen.run(); barrier.getAndIncrement(); resetBarrier(); }private void resetBarrier() { if (barrier.compareAndSet(3, 0)) { h2.release(2); o.release(); } } }

参考