实战算法的基础入门

关于实战算法都需要了解哪些？一文带你详细了解，欢迎收藏！

▐  URL黑名单（布隆过滤器）

100亿黑名单URL，每个64B，问这个黑名单要怎么存？判断一个URL是否在黑名单中

散列表：

如果把黑名单看成一个集合，将其存在hashmap中，貌似太大了，需要640G，明显不科学。

布隆过滤器：

它实际上是一个很长的二进制矢量和一系列随机映射函数。

它可以用来判断一个元素是否在一个集合中。它的优势是只需要占用很小的内存空间以及有着高效的查询效率。对于布隆过滤器而言，它的本质是一个位数组：位数组就是数组的每个元素都只占用1 bit，并且每个元素只能是0或者1。

在数组中的每一位都是二进制位。布隆过滤器除了一个位数组，还有K个哈希函数。当一个元素加入布隆过滤器中的时候，会进行如下操作：

• 使用K个哈希函数对元素值进行K次计算，得到K个哈希值。

• 根据得到的哈希值，在位数组中把对应下标的值置为1。

▐  词频统计（分文件）

2GB内存在20亿整数中找到出现次数最多的数

通常做法是使用哈希表对出现的每一个数做词频统计，哈希表的key是某个整数，value记录整数出现的次数。本题的数据量是20亿，有可能一个数出现20亿次，则为了避免溢出，哈希表的key是32位（4B）,value也是32位（4B），那么一条哈希表的记录就需要占用8B。

当哈希表记录数为2亿个时，需要16亿个字节数（8*2亿），需要至少1.6GB内存(16亿/2^30,1GB==2^30个字节==10亿)。则20亿个记录，至少需要16GB的内存，不符合题目要求。

解决办法是将20亿个数的大文件利用哈希函数分成16个小文件，根据哈希函数可以把20亿条数据均匀分布到16个文件上，同一种数不可能被哈希函数分到不同的小文件上，假设哈希函数够好。然后对每一个小文件用哈希函数来统计其中每种数出现的次数，这样我们就得到16个文件中出现次数最多的数，接着从16个数中选出次数最大的那个key即可。

▐  未出现的数（bit数组）

• 40亿个非负整数中找到没有出现的数

对于原问题，如果使用哈希表来保存出现过的数，那么最坏情况下是40亿个数都不相同，那么哈希表则需要保存40亿条数据，一个32位整数需要4B，那么40亿*4B= 160亿个字节，一般大概10亿个字节的数据需要1G的空间，那么大概需要16G的空间，这不符合要求。

我们换一种方式，申请一个bit数组，数组大小为4294967295，大概为40亿bit，40亿/8=5亿字节，那么需要0.5G空间，bit数组的每个位置有两种状态0和1，那么怎么使用这个bit数组呢？呵呵，数组的长度刚好满足我们整数的个数范围，那么数组的每个下标值对应4294967295中的一个数，逐个遍历40亿个无符号数，例如，遇到20，则bitArray[20]=1；遇到666，则bitArray[666]=1,遍历完所有的数，将数组相应位置变为1。

• 40亿个非负整数中找到一个没有出现的数，内存限制10MB

10亿个字节的数据大概需要1GB空间处理，那么10MB内存换算过来就是可以处理1千万字节的数据，也就是8千万bit，对于40亿非负整数如果申请bit数组的话，40亿bit /0.8亿bit=50，那么这样最少也得分50块来处理，下面就以64块来进行分析解答吧。

• 总结一下进阶的解法

1. 根据10MB的内存限制，确定统计区间的大小，就是第二次遍历时的bitArr大小。

2. 利用区间计数的方式，找到那个计数不足的区间，这个区间上肯定有没出现的数。

3. 对这个区间上的数做bit map映射，再遍历bit map，找到一个没出现的数即可。

• 自己的想法

如果只是找一个数，可以高位模运算，写到64个不同的文件，然后在最小的文件中通过bitArray一次处理掉。

• 40亿个无符号整数，1GB内存，找到所有出现两次的数

对于原问题，可以用bit map的方式来表示数出现的情况。具体地说，是申请一个长度为4294967295×2的bit类型的数组bitArr，用2个位置表示一个数出现的词频，1B占用8个bit，所以长度为4294967295×2的bit类型的数组占用1GB空间。怎么使用这个bitArr数组呢？遍历这40亿个无符号数，如果初次遇到num，就把bitArr[num2+1]和bitArr[num2]设置为01，如果第二次遇到num，就把bitArr[num2+1]和bitArr[num2]设置为10，如果第三次遇到num，就把bitArr[num2+1]和bitArr[num2]设置为11。以后再遇到num，发现此时bitArr[num2+1]和bitArr[num2]已经被设置为11，就不再做任何设置。遍历完成后，再依次遍历bitArr，如果发现bitArr[i2+1]和bitArr[i2]设置为10，那么i就是出现了两次的数。

▐  重复URL（分机器）

• 找到100亿个URL中重复的URL

原问题的解法使用解决大数据问题的一种常规方法：把大文件通过哈希函数分配到机器，或者通过哈希函数把大文件拆成小文件。一直进行这种划分，直到划分的结果满足资源限制的要求。首先，你要向面试官询问在资源上的限制有哪些，包括内存、计算时间等要求。在明确了限制要求之后，可以将每条URL通过哈希函数分配到若干机器或者拆分成若干小文件，这里的“若干”由具体的资源限制来计算出精确的数量。

例如，将100亿字节的大文件通过哈希函数分配到100台机器上，然后每一台机器分别统计分给自己的URL中是否有重复的URL，同时哈希函数的性质决定了同一条URL不可能分给不同的机器；或者在单机上将大文件通过哈希函数拆成1000个小文件，对每一个小文件再利用哈希表遍历，找出重复的URL；或者在分给机器或拆完文件之后，进行排序，排序过后再看是否有重复的URL出现。总之，牢记一点，很多大数据问题都离不开分流，要么是哈希函数把大文件的内容分配给不同的机器，要么是哈希函数把大文件拆成小文件，然后处理每一个小数量的集合。

▐  TOPK搜索（小根堆）

• 海量搜索词汇，找到最热TOP100词汇的方法

最开始还是用哈希分流的思路来处理，把包含百亿数据量的词汇文件分流到不同的机器上，具体多少台机器由面试官规定或者由更多的限制来决定。对每一台机器来说，如果分到的数据量依然很大，比如，内存不够或其他问题，可以再用哈希函数把每台机器的分流文件拆成更小的文件处理。

处理每一个小文件的时候，哈希表统计每种词及其词频，哈希表记录建立完成后，再遍历哈希表，遍历哈希表的过程中使用大小为100的小根堆来选出每一个小文件的top100（整体未排序的top100）。每一个小文件都有自己词频的小根堆（整体未排序的top100），将小根堆里的词按照词频排序，就得到了每个小文件的排序后top100。然后把各个小文件排序后的top100进行外排序或者继续利用小根堆，就可以选出每台机器上的top100。不同机器之间的top100再进行外排序或者继续利用小根堆，最终求出整个百亿数据量中的top100。对于top K的问题，除哈希函数分流和用哈希表做词频统计之外，还经常用堆结构和外排序的手段进行处理。

▐  中位数（单向二分查找）

• 10MB内存，找到100亿整数的中位数

1. 内存够：内存够还慌什么啊，直接把100亿个全部排序了，你用冒泡都可以...然后找到中间那个就可以了。但是你以为面试官会给你内存？？

2. 内存不够：题目说是整数，我们认为是带符号的int,所以4字节，占32位。

假设100亿个数字保存在一个大文件中，依次读一部分文件到内存(不超过内存的限制)，将每个数字用二进制表示，比较二进制的最高位(第32位，符号位，0是正，1是负)，如果数字的最高位为0，则将这个数字写入file_0文件中；如果最高位为1，则将该数字写入file_1文件中。

从而将100亿个数字分成了两个文件，假设file_0文件中有60亿个数字，file_1文件中有40亿个数字。那么中位数就在file_0文件中，并且是file_0文件中所有数字排序之后的第10亿个数字。（file_1中的数都是负数，file_0中的数都是正数，也即这里一共只有40亿个负数，那么排序之后的第50亿个数一定位于file_0中）

现在，我们只需要处理file_0文件了（不需要再考虑file_1文件）。对于file_0文件，同样采取上面的措施处理：将file_0文件依次读一部分到内存(不超内存限制)，将每个数字用二进制表示，比较二进制的次高位（第31位），如果数字的次高位为0，写入file_0_0文件中；如果次高位为1，写入file_0_1文件中。

现假设file_0_0文件中有30亿个数字，file_0_1中也有30亿个数字，则中位数就是：file_0_0文件中的数字从小到大排序之后的第10亿个数字。

抛弃file_0_1文件，继续对file_0_0文件根据次次高位(第30位)划分，假设此次划分的两个文件为：file_0_0_0中有5亿个数字，file_0_0_1中有25亿个数字，那么中位数就是file_0_0_1文件中的所有数字排序之后的 第5亿个数。

按照上述思路，直到划分的文件可直接加载进内存时，就可以直接对数字进行快速排序，找出中位数了。

▐  短域名系统（缓存）

• 设计短域名系统，将长URL转化成短的URL.

1. 利用放号器，初始值为0，对于每一个短链接生成请求，都递增放号器的值，再将此值转换为62进制（a-zA-Z0-9），比如第一次请求时放号器的值为0，对应62进制为a，第二次请求时放号器的值为1，对应62进制为b，第10001次请求时放号器的值为10000，对应62进制为sBc。

2. 将短链接服务器域名与放号器的62进制值进行字符串连接，即为短链接的URL，比如：t.cn/sBc。

3. 重定向过程：生成短链接之后，需要存储短链接到长链接的映射关系，即sBc ->URL，浏览器访问短链接服务器时，根据URL Path取到原始的链接，然后进行302重定向。映射关系可使用K-V存储，比如Redis或Memcache。

▐  海量评论入库（消息队列）

假设有这么一个场景，有一条新闻，新闻的评论量可能很大，如何设计评论的读和写

前端页面直接给用户展示、通过消息队列异步方式入库

读可以进行读写分离、同时热点评论定时加载到缓存

▐  在线/并发用户数（Redis）

• 显示网站的用户在线数的解决思路
  

1. 维护在线用户表

2. 使用Redis统计

• 显示网站并发用户数

1. 每当用户访问服务时，把该用户的ID写入ZSORT队列，权重为当前时间；

2. 根据权重(即时间)计算一分钟内该机构的用户数Zrange；

3. 删掉一分钟以上过期的用户Zrem；

▐  热门字符串（前缀树）

假设目前有1000w个记录（这些查询串的重复度比较高，虽然总数是1000w，但如果除去重复后，则不超过300w个）。请统计最热门的10个查询串，要求使用的内存不能超过1G。（一个查询串的重复度越高，说明查询它的用户越多，也就越热门。）

• HashMap法

虽然字符串总数比较多，但去重后不超过300w，因此，可以考虑把所有字符串及出现次数保存在一个HashMap中，所占用的空间为300w*(255+4)≈777M（其中，4 表示整数占用的4个字节）。由此可见，1G的内存空间完全够用。

• 思路如下

首先，遍历字符串，若不在map中，直接存入map，value记为1；若在map中，则把对应的value加1，这一步时间复杂度O(N)。

接着遍历map，构建一个10个元素的小顶堆，若遍历到的字符串的出现次数大于堆顶字符串的出现次数，则进行替换，并将堆调整为小顶堆。

遍历结束后，堆中10个字符串就是出现次数最多的字符串。这一步时间复杂度O(Nlog10)。

• 前缀树法

当这些字符串有大量相同前缀时，可以考虑使用前缀树来统计字符串出现的次数，树的结点保存字符串出现次数，0表示没有出现。

• 思路如下

在遍历字符串时，在前缀树中查找，如果找到，则把结点中保存的字符串次数加1，否则为这个字符串构建新结点，构建完成后把叶子结点中字符串的出现次数置为1。

最后依然使用小顶堆来对字符串的出现次数进行排序。

▐  红包算法

线性切割法，一个区间切N-1刀。越早越多

二倍均值法，【0~剩余金额 / 剩余人数*2】中随机，相对均匀

▐  手写快排

public class QuickSort {
    public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }
    /* 常规快排 */
    public static void quickSort1(int[] arr, int L , int R) {
        if (L > R)  return;
        int M = partition(arr, L, R);
        quickSort1(arr, L, M - 1);
        quickSort1(arr, M + 1, R);
    }
    public static int partition(int[] arr, int L, int R) {
        if (L > R) return -1;
        if (L == R) return L;
        int lessEqual = L - 1;
        int index = L;
        while (index < R) {
            if (arr[index] <= arr[R])
                swap(arr, index, ++lessEqual);
            index++;
        }
        swap(arr, ++lessEqual, R);
        return lessEqual;
    }
    /* 荷兰国旗 */
    public static void quickSort2(int[] arr, int L, int R) {
        if (L > R)  return;
        int[] equalArea = netherlandsFlag(arr, L, R);
        quickSort2(arr, L, equalArea[0] - 1);
        quickSort2(arr, equalArea[1] + 1, R);
    }
    public static int[] netherlandsFlag(int[] arr, int L, int R) {
        if (L > R) return new int[] { -1, -1 };
        if (L == R) return new int[] { L, R };
        int less = L - 1;
        int more = R;
        int index = L;
        while (index < more) {
            if (arr[index] == arr[R]) {
                index++;
            } else if (arr[index] < arr[R]) {
                swap(arr, index++, ++less);
            } else {
                swap(arr, index, --more);
            }
        }
        swap(arr, more, R);
        return new int[] { less + 1, more };
    }
 
 
    // for test
    public static void main(String[] args) {
        int testTime = 1;
        int maxSize = 10000000;
        int maxValue = 100000;
        boolean succeed = true;
        long T1=0,T2=0;
        for (int i = 0; i < testTime; i++) {
            int[] arr1 = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr2 = copyArray(arr1);
            int[] arr3 = copyArray(arr1);
//            int[] arr1 = {9,8,7,6,5,4,3,2,1};
            long t1 = System.currentTimeMillis();
            quickSort1(arr1,0,arr1.length-1);
            long t2 = System.currentTimeMillis();
            quickSort2(arr2,0,arr2.length-1);
            long t3 = System.currentTimeMillis();
            T1 += (t2-t1);
            T2 += (t3-t2);
            if (!isEqual(arr1, arr2) || !isEqual(arr2, arr3)) {
                succeed = false;
                break;
            }
        }
        System.out.println(T1+" "+T2);
//        System.out.println(succeed ? "Nice!" : "Oops!");
    }
 
 
    private static int[] generateRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
        int[] arr = new int[(int) ((maxSize + 1) * Math.random())];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) 
                        - (int) (maxValue * Math.random());
        }
        return arr;
    }
    private static int[] copyArray(int[] arr) {
        if (arr == null)  return null;
        int[] res = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            res[i] = arr[i];
        }
        return res;
    }
    private static boolean isEqual(int[] arr1, int[] arr2) {
        if ((arr1 == null && arr2 != null) || (arr1 != null && arr2 == null)) 
            return false;
        if (arr1 == null && arr2 == null) 
            return true;
        if (arr1.length != arr2.length) 
            return false;
        for (int i = 0; i < arr1.length; i++)
            if (arr1[i] != arr2[i])
                return false;
        return true;
    }
    private static void printArray(int[] arr) {
        if (arr == null) 
            return;
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) 
            System.out.print(arr[i] + " ");
        System.out.println();
    }
}

▐  手写归并

public static void merge(int[] arr, int L, int M, int R) {
    int[] help = new int[R - L + 1];
    int i = 0;
    int p1 = L;
    int p2 = M + 1;
    while (p1 <= M && p2 <= R)
        help[i++] = arr[p1] <= arr[p2] ? arr[p1++] : arr[p2++];
    while (p1 <= M)
        help[i++] = arr[p1++];
    while (p2 <= R)
        help[i++] = arr[p2++];
    for (i = 0; i < help.length; i++)
        arr[L + i] = help[i];
}
public static void mergeSort(int[] arr, int L, int R) {
    if (L == R)
        return;
    int mid = L + ((R - L) >> 1);
    process(arr, L, mid);
    process(arr, mid + 1, R);
    merge(arr, L, mid, R);
}
public static void main(String[] args) {
    int[] arr1 = {9,8,7,6,5,4,3,2,1};
    mergeSort(arr, 0, arr.length - 1);
    printArray(arr);
}

▐  手写堆排

// 堆排序额外空间复杂度O(1)
public static void heapSort(int[] arr) {
    if (arr == null || arr.length < 2) 
        return;
    for (int i = arr.length - 1; i >= 0; i--) 
        heapify(arr, i, arr.length);
    int heapSize = arr.length;
    swap(arr, 0, --heapSize);
    // O(N*logN)
    while (heapSize > 0) { // O(N)
        heapify(arr, 0, heapSize); // O(logN)
        swap(arr, 0, --heapSize); // O(1)
    }
}
// arr[index]刚来的数，往上
public static void heapInsert(int[] arr, int index) {
    while (arr[index] > arr[(index - 1) / 2]) {
        swap(arr, index, (index - 1) / 2);
        index = (index - 1) / 2;
    }
}
// arr[index]位置的数，能否往下移动
public static void heapify(int[] arr, int index, int heapSize) {
    int left = index * 2 + 1; // 左孩子的下标
    while (left < heapSize) { // 下方还有孩子的时候
        // 两个孩子中，谁的值大，把下标给largest
        // 1）只有左孩子，left -> largest
        // 2) 同时有左孩子和右孩子，右孩子的值<= 左孩子的值，left -> largest
        // 3) 同时有左孩子和右孩子并且右孩子的值> 左孩子的值， right -> largest
        int largest = left+1 < heapSize && arr[left+1]> arr[left] ? left+1 : left;
        // 父和较大的孩子之间，谁的值大，把下标给largest
        largest = arr[largest] > arr[index] ? largest : index;
        if (largest == index)
            break;
        swap(arr, largest, index);
        index = largest;
        left = index * 2 + 1;
    }
}
public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
    int tmp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = tmp;
}
public static void main(String[] args) {
    int[] arr1 = {9,8,7,6,5,4,3,2,1};
    heapSort(arr1);
    printArray(arr1);
}

▐  手写单例

public class Singleton {
        private volatile static Singleton singleton;
        private Singleton() {}
        public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
              synchronized (Singleton.class) {
            if (singleton == null) {
                  singleton = new Singleton();
            }
        }
        }
        return singleton;
    }
}

▐  手写LRUcache

// 基于linkedHashMap
public class LRUCache {
    private LinkedHashMap<Integer,Integer> cache;
    private int capacity;   //容量大小
    public LRUCache(int capacity) {
        cache = new LinkedHashMap<>(capacity);
        this.capacity = capacity;
    }
    public int get(int key) {
        //缓存中不存在此key，直接返回
        if(!cache.containsKey(key)) {
            return -1;
        }
        int res = cache.get(key);
        cache.remove(key);   //先从链表中删除
        cache.put(key,res);  //再把该节点放到链表末尾处
        return res;
    }
    public void put(int key,int value) {
        if(cache.containsKey(key)) {
            cache.remove(key); //已经存在，在当前链表移除
        }
        if(capacity == cache.size()) {
            //cache已满，删除链表头位置
            Set<Integer> keySet = cache.keySet();
            Iterator<Integer> iterator = keySet.iterator();
            cache.remove(iterator.next());
        }
        cache.put(key,value);  //插入到链表末尾
    }
}

//手写双向链表
class LRUCache {
    class DNode {
        DNode prev;
        DNode next;
        int val;
        int key;
    }
    Map<Integer, DNode> map = new HashMap<>();
    DNode head, tail;
    int cap;
    public LRUCache(int capacity) {
        head = new DNode();
        tail = new DNode();
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
        cap = capacity;
    }
    public int get(int key) {
        if (map.containsKey(key)) {
            DNode node = map.get(key);
            removeNode(node);
            addToHead(node);
            return node.val;
        } else {
            return -1;
        }
    }
    public void put(int key, int value) {
        if (map.containsKey(key)) {
            DNode node = map.get(key);
            node.val = value;
            removeNode(node);
            addToHead(node);
        } else {
            DNode newNode = new DNode();
            newNode.val = value;
            newNode.key = key;
            addToHead(newNode);
            map.put(key, newNode);
            if (map.size() > cap) {
                map.remove(tail.prev.key);
                removeNode(tail.prev);
            }
        }
    }
    public void removeNode(DNode node) {
        DNode prevNode = node.prev;
        DNode nextNode = node.next;
        prevNode.next = nextNode;
        nextNode.prev = prevNode;
    }
    public void addToHead(DNode node) {
        DNode firstNode = head.next;
        head.next = node;
        node.prev = head;
        node.next = firstNode;
        firstNode.prev = node;
    }
}

▐  手写线程池

package com.concurrent.pool;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
public class MySelfThreadPool {
    //默认线程池中的线程的数量
    private static final int WORK_NUM = 5;
    //默认处理任务的数量
    private static final int TASK_NUM = 100;
    private int workNum;//线程数量
    private int taskNum;//任务数量
    private final Set<WorkThread> workThreads;//保存线程的集合
    private final BlockingQueue<Runnable> taskQueue;//阻塞有序队列存放任务
    public MySelfThreadPool() {
        this(WORK_NUM, TASK_NUM);
    }
    public MySelfThreadPool(int workNum, int taskNum) {
        if (workNum <= 0) workNum = WORK_NUM;
        if (taskNum <= 0) taskNum = TASK_NUM;
        taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(taskNum);
        this.workNum = workNum;
        this.taskNum = taskNum;
        workThreads = new HashSet<>();
        //启动一定数量的线程数，从队列中获取任务处理
        for (int i=0;i<workNum;i++) {
            WorkThread workThread = new WorkThread("thead_"+i);
            workThread.start();
            workThreads.add(workThread);
        }
    }
    public void execute(Runnable task) {
        try {
            taskQueue.put(task);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void destroy() {
        System.out.println("ready close thread pool...");
        if (workThreads == null || workThreads.isEmpty()) return ;
        for (WorkThread workThread : workThreads) {
            workThread.stopWork();
            workThread = null;//help gc
        }
        workThreads.clear();
    }
    private class WorkThread extends Thread{
        public WorkThread(String name) {
            super();
            setName(name);
        }
        @Override
        public void run() {
            while (!interrupted()) {
                try {
                    Runnable runnable = taskQueue.take();//获取任务
                    if (runnable !=null) {
                        System.out.println(getName()+" readyexecute:"+runnable.toString());
                        runnable.run();//执行任务
                    }
                    runnable = null;//help gc
                } catch (Exception e) {
                    interrupt();
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        public void stopWork() {
            interrupt();
        }
    }
}
 
 
package com.concurrent.pool;
 
 
public class TestMySelfThreadPool {
    private static final int TASK_NUM = 50;//任务的个数
    public static void main(String[] args) {
        MySelfThreadPool myPool = new MySelfThreadPool(3,50);
        for (int i=0;i<TASK_NUM;i++) {
            myPool.execute(new MyTask("task_"+i));
        }
    }
    static class MyTask implements Runnable{
        private String name;
        public MyTask(String name) {
            this.name = name;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("task :"+name+" end...");
        }
        @Override
        public String toString() {
            // TODO Auto-generated method stub
            return "name = "+name;
        }
    }
}

▐  手写消费者生产者模式

public class Storage {
    private static int MAX_VALUE = 100;
    private List<Object> list = new ArrayList<>();
    public void produce(int num) {
        synchronized (list) {
            while (list.size() + num > MAX_VALUE) {
                System.out.println("暂时不能执行生产任务");
                try {
                    list.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                list.add(new Object());
            }
            System.out.println("已生产产品数"+num+" 仓库容量"+list.size());
            list.notifyAll();
        }
    }
 
 
    public void consume(int num) {
        synchronized (list) {
            while (list.size() < num) {
                System.out.println("暂时不能执行消费任务");
                try {
                    list.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                list.remove(0);
            }
            System.out.println("已消费产品数"+num+" 仓库容量" + list.size());
            list.notifyAll();
        }
    }
}
 
 
public class Producer extends Thread {
    private int num;
    private Storage storage;
    public Producer(Storage storage) {
        this.storage = storage;
    }
    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }
    public void run() {
        storage.produce(this.num);
    }
}
 
 
public class Customer extends Thread {
    private int num;
    private Storage storage;
    public Customer(Storage storage) {
        this.storage = storage;
    }
    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }
    public void run() {
        storage.consume(this.num);
    }
}
 
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Storage storage = new Storage();
        Producer p1 = new Producer(storage);
        Producer p2 = new Producer(storage);
        Producer p3 = new Producer(storage);
        Producer p4 = new Producer(storage);
        Customer c1 = new Customer(storage);
        Customer c2 = new Customer(storage);
        Customer c3 = new Customer(storage);
        p1.setNum(10);
        p2.setNum(20);
        p3.setNum(80);
        c1.setNum(50);
        c2.setNum(20);
        c3.setNum(20);
        c1.start();
        c2.start();
        c3.start();
        p1.start();
        p2.start();
        p3.start();
    }
}

▐  手写阻塞队列

public class blockQueue {
    private List<Integer> container = new ArrayList<>();
    private volatile int size;
    private volatile int capacity;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition isNull = lock.newCondition();
    private final Condition isFull = lock.newCondition();
    blockQueue(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }
    public void add(int data) {
        try {
            lock.lock();
            try {
                while (size >= capacity) {
                    System.out.println("阻塞队列满了");
                    isFull.await();
                }
            } catch (Exception e) {
                isFull.signal();
                e.printStackTrace();
            }
            ++size;
            container.add(data);
            isNull.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public int take() {
        try {
            lock.lock();
            try {
                while (size == 0) {
                    System.out.println("阻塞队列空了");
                    isNull.await();
                }
            } catch (Exception e) {
                isNull.signal();
                e.printStackTrace();
            }
            --size;
            int res = container.get(0);
            container.remove(0);
            isFull.signal();
            return res;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
 
 
public static void main(String[] args) {
    AxinBlockQueue queue = new AxinBlockQueue(5);
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            queue.add(i);
            System.out.println("塞入" + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        for (; ; ) {
            System.out.println("消费"+queue.take());
            try {
                Thread.sleep(800);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
 
 
    });
    t1.start();
    t2.start();
}

▐  手写多线程交替打印ABC

package com.demo.test;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class syncPrinter implements Runnable{
    // 打印次数
    private static final int PRINT_COUNT = 10;
    private final ReentrantLock reentrantLock;
    private final Condition thisCondtion;
    private final Condition nextCondtion;
    private final char printChar;
    public syncPrinter(ReentrantLock reentrantLock, Condition thisCondtion, Condition nextCondition, char printChar) {
        this.reentrantLock = reentrantLock;
        this.nextCondtion = nextCondition;
        this.thisCondtion = thisCondtion;
        this.printChar = printChar;
    }
    @Override
    public void run() {
        // 获取打印锁 进入临界区
        reentrantLock.lock();
        try {
            // 连续打印PRINT_COUNT次
            for (int i = 0; i < PRINT_COUNT; i++) {
                //打印字符
                System.out.print(printChar);
                // 使用nextCondition唤醒下一个线程
                // 因为只有一个线程在等待，所以signal或者signalAll都可以
                nextCondtion.signal();
                // 不是最后一次则通过thisCondtion等待被唤醒
                // 必须要加判断，不然虽然能够打印10次，但10次后就会直接死锁
                if (i < PRINT_COUNT - 1) {
                    try {
                        // 本线程让出锁并等待唤醒
                        thisCondtion.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        } finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
    }
 
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        Condition conditionA = lock.newCondition();
        Condition conditionB = lock.newCondition();
        Condition conditionC = lock.newCondition();
        Thread printA = new Thread(new syncPrinter(lock, conditionA, conditionB,'A'));
        Thread printB = new Thread(new syncPrinter(lock, conditionB, conditionC,'B'));
        Thread printC = new Thread(new syncPrinter(lock, conditionC, conditionA,'C'));
        printA.start();
        Thread.sleep(100);
        printB.start();
        Thread.sleep(100);
        printC.start();
    }
}

▐  交替打印FooBar

//手太阴肺经 BLOCKING Queue
public class FooBar {
    private int n;
    private BlockingQueue<Integer> bar = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    private BlockingQueue<Integer> foo = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    public FooBar(int n) {
        this.n = n;
    }
    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            foo.put(i);
            printFoo.run();
            bar.put(i);
        }
    }
    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            bar.take();
            printBar.run();
            foo.take();
        }
    }
}
 
 
//手阳明大肠经CyclicBarrier 控制先后
class FooBar6 {
    private int n;
    public FooBar6(int n) {
        this.n = n;
    }
    CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(2);
    volatile boolean fin = true;
    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            while(!fin);
            printFoo.run();
            fin = false;
            try {
                cb.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {}
        }
    }
    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            try {
                cb.await();
            } catch (BrokenBarrierException e) {}
            printBar.run();
            fin = true;
        }
    }
}
 
 
//手少阴心经 自旋 + 让出CPU
class FooBar5 {
    private int n;
 
 
    public FooBar5(int n) {
        this.n = n;
    }
    volatile boolean permitFoo = true;
    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {     
        for (int i = 0; i < n; ) {
            if(permitFoo) {
                printFoo.run();
                i++;
                permitFoo = false;
            }else{
                Thread.yield();
            }
        }
    }
    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {       
        for (int i = 0; i < n; ) {
            if(!permitFoo) {
            printBar.run();
            i++;
            permitFoo = true;
            }else{
                Thread.yield();
            }
        }
    }
}
 
 
 
 
 
 
//手少阳三焦经 可重入锁 + Condition
class FooBar4 {
    private int n;
 
 
    public FooBar4(int n) {
        this.n = n;
    }
    Lock lock = new ReentrantLock(true);
    private final Condition foo = lock.newCondition();
    volatile boolean flag = true;
    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            lock.lock();
            try {
                while(!flag) {
                    foo.await();
                }
                printFoo.run();
                flag = false;
                foo.signal();
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
 
 
    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n;i++) {
            lock.lock();
            try {
                while(flag) {
                    foo.await();
                }
                printBar.run();
                flag = true;
                foo.signal();
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
 
 
//手厥阴心包经 synchronized + 标志位 + 唤醒
class FooBar3 {
    private int n;
    // 标志位，控制执行顺序，true执行printFoo，false执行printBar
    private volatile boolean type = true;
    private final Object foo=  new Object(); // 锁标志
 
 
    public FooBar3(int n) {
        this.n = n;
    }
    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            synchronized (foo) {
                while(!type){
                    foo.wait();
                }
                printFoo.run();
                type = false;
                foo.notifyAll();
            }
        }
    }
 
 
    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            synchronized (foo) {
                while(type){
                    foo.wait();
                }
                printBar.run();
                type = true;
                foo.notifyAll();
            }
        }
    }
}
 
 
 
 
//手太阳小肠经 信号量 适合控制顺序
class FooBar2 {
    private int n;
    private Semaphore foo = new Semaphore(1);
    private Semaphore bar = new Semaphore(0);
    public FooBar2(int n) {
        this.n = n;
    }
 
 
    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            foo.acquire();
            printFoo.run();
            bar.release();
        }
    }
    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            bar.acquire();
            printBar.run();
            foo.release();
        }
    }
}

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