1117. H2O 生成【中等】

• 1. 📝 题目描述
• 2. 🎯 s.1 - 信号量 + 屏障

1. 📝 题目描述

• leetcode

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。

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示例 1：

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

示例 2：

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

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提示：

• 3 * n == water.length
• 1 <= n <= 20
• water[i] == 'O' or 'H'
• 输入字符串 water 中的 'H' 总数将会是 2 * n。
• 输入字符串 water 中的 'O' 总数将会是 n。

2. 🎯 s.1 - 信号量 + 屏障

js] <<< ./solutions/1/1.c [c] <<< ./solutions/1/1.py [py

// JavaScript 无原生线程支持，使用 Promise 模拟
class H2O {
  constructor() {
    this.hCount = 0
    this.oCount = 0
    this.resolve = null
    this.promise = new Promise((r) => (this.resolve = r))
  }

  async hydrogen(releaseHydrogen) {
    while (this.hCount >= 2) await this.promise
    this.hCount++
    releaseHydrogen()
    if (this.hCount === 2 && this.oCount === 1) {
      this.hCount = 0
      this.oCount = 0
      const old = this.resolve
      this.promise = new Promise((r) => (this.resolve = r))
      old()
    }
  }

  async oxygen(releaseOxygen) {
    while (this.oCount >= 1) await this.promise
    this.oCount++
    releaseOxygen()
    if (this.hCount === 2 && this.oCount === 1) {
      this.hCount = 0
      this.oCount = 0
      const old = this.resolve
      this.promise = new Promise((r) => (this.resolve = r))
      old()
    }
  }
}

• 时间复杂度：$O(n)$，其中 $n$ 是水分子的数量
• 空间复杂度：$O(1)$，只使用常数级别的同步原语

算法思路：

• 使用信号量控制每次最多允许 2 个 H 和 1 个 O 线程进入
• 使用屏障(Barrier)确保三个线程同步完成后再释放信号量
• 保证每次产生一个完整的水分子后才开始下一个