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如何用两个线程交替打印前 N 个自然数(避免无限等待)

老辰小哥_1712

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发布时间:2026-08-07 12:41:35

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如何用两个线程交替打印前 N 个自然数(避免无限等待)

本文详解 java 中多线程协作打印 1 到 n 自然数时出现无限等待的根本原因——同步锁对象不一致,并提供完整可运行的修复方案,涵盖正确加锁、条件等待、唤醒机制及关键注意事项。

本文详解 java 中多线程协作打印 1 到 n 自然数时出现无限等待的根本原因——同步锁对象不一致,并提供完整可运行的修复方案,涵盖正确加锁、条件等待、唤醒机制及关键注意事项。

在使用两个线程(如 odd 和 even)交替打印自然数时,一个常见却隐蔽的错误是:每个线程在各自的 Runnable 实例上执行 synchronized(this),导致它们操作的是互不相关的锁对象。这意味着 odd 线程调用 wait() 后,永远无法被 even 线程的 notify() 唤醒(反之亦然),因为二者根本不在同一个监视器(monitor)上通信——结果就是至少一个线程永久阻塞,程序卡死在“1”。

✅ 正确做法:共享同一把锁

必须让两个线程共用同一个锁对象(如 static final Object lock = new Object();),所有 synchronized、wait() 和 notify() 都作用于该对象:

import java.util.Scanner;

public class OddEven {
    static final Object lock = new Object(); // ✅ 全局唯一锁对象
    static int totalNos;
    static int counter = 1;

    static Runnable odd = () -> {
        synchronized (lock) {
            while (counter <= totalNos) {
                while (counter % 2 == 0) { // 等待轮到奇数
                    try {
                        lock.wait(); // ⚠️ 必须在 lock 上 wait
                    } catch (InterruptedException e) {
                        Thread.currentThread().interrupt();
                        return;
                    }
                }
                System.out.print(counter + " ");
                counter++;
                lock.notify(); // ✅ 唤醒另一个等待中的线程
            }
        }
    };

    static Runnable even = () -> {
        synchronized (lock) {
            while (counter <= totalNos) {
                while (counter % 2 == 1) { // 等待轮到偶数
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        Thread.currentThread().interrupt();
                        return;
                    }
                }
                System.out.print(counter + " ");
                counter++;
                lock.notify();
            }
        }
    };

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Enter the total no's:");
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        totalNos = sc.nextInt();
        sc.close();

        Thread t1 = new Thread(odd, "Odd-Thread");
        Thread t2 = new Thread(even, "Even-Thread");

        t1.start();
        t2.start();

        try {
            t1.join(); // 确保主线程等待子线程结束
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        System.out.println(); // 换行收尾
    }
}

? 关键要点说明

  • synchronized(lock) 与 lock.wait()/notify() 必须匹配:wait() 和 notify() 只能在当前已获得的同步锁上调用,否则抛出 IllegalMonitorStateException。
  • 使用 while 而非 if 判断条件:防止虚假唤醒(spurious wakeup),确保条件真正满足才继续执行。
  • 边界条件注意:原代码中 counter
  • 中断处理要规范:捕获 InterruptedException 后建议恢复中断状态(Thread.currentThread().interrupt()),而非仅打印堆栈。
  • 主线程需 join():避免 main 提前退出导致输出被截断或控制台混乱。

? 补充建议(进阶优化)

  • 若追求更高可读性与类型安全,可改用 ReentrantLock + Condition(如 oddCondition.await() / evenCondition.signal()),实现更精准的线程定向唤醒;
  • 生产环境中应避免 System.out.print 这类非线程安全 I/O 作为核心逻辑,可先收集结果再统一输出;
  • 多线程调试时,善用 jstack 查看线程堆栈,快速定位 WAITING 或 BLOCKED 状态线程及其锁持有关系。

通过统一锁对象、严格遵循 wait/notify 使用契约,即可彻底解决“线程无限等待”问题,实现两个线程严谨交替、有序输出 1 到 N 的自然数。

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