1117. H2O 生成

题目描述

现在有两种线程，氧 oxygen 和氢 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。

提示：

• 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 。

解法

Java

class H2O {
    private int hydrogenCount = 0;
    private int oxygenCount = 0;

    public H2O() {
        
    }

    public void hydrogen(Runnable releaseHydrogen) throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            // 等待直到可以组成一个水分子（需要少于2个H）
            while (hydrogenCount == 2) {
                wait();
            }
            
            // 释放氢线程
            releaseHydrogen.run();
            hydrogenCount++;
            
            // 检查是否已经组成一个完整的水分子（2个H + 1个O）
            if (hydrogenCount == 2 && oxygenCount == 1) {
                hydrogenCount = 0;
                oxygenCount = 0;
            }
            
            notifyAll();
        }
    }

    public void oxygen(Runnable releaseOxygen) throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            // 等待直到可以组成一个水分子（需要少于1个O）
            while (oxygenCount == 1) {
                wait();
            }
            
            // 释放氧线程
            releaseOxygen.run();
            oxygenCount++;
            
            // 检查是否已经组成一个完整的水分子（2个H + 1个O）
            if (hydrogenCount == 2 && oxygenCount == 1) {
                hydrogenCount = 0;
                oxygenCount = 0;
            }
            
            notifyAll();
        }
    }
}

Java

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class H2O {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition hydrogenCondition = lock.newCondition();
    private Condition oxygenCondition = lock.newCondition();
    
    private volatile int hydrogenCount = 0;
    private volatile int oxygenCount = 0;

    public H2O() {
        
    }

    public void hydrogen(Runnable releaseHydrogen) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            // 等待直到可以添加氢原子（最多2个）
            while (hydrogenCount == 2) {
                hydrogenCondition.await();
            }
            
            // 释放氢原子
            releaseHydrogen.run();
            hydrogenCount++;
            
            // 检查是否形成完整水分子
            checkAndReset();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void oxygen(Runnable releaseOxygen) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            // 等待直到可以添加氧原子（最多1个）
            while (oxygenCount == 1) {
                oxygenCondition.await();
            }
            
            // 释放氧原子
            releaseOxygen.run();
            oxygenCount++;
            
            // 检查是否形成完整水分子
            checkAndReset();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    private void checkAndReset() {
        // 如果形成了完整水分子（2个H + 1个O）
        if (hydrogenCount == 2 && oxygenCount == 1) {
            hydrogenCount = 0;
            oxygenCount = 0;
            // 唤醒所有等待的线程
            hydrogenCondition.signalAll();
            oxygenCondition.signalAll();
        }
    }
}

...