Java並發之Condition案例詳解

Posted on by

在使用Lock之前，我們使用的最多的同步方式應該是synchronized關鍵字來實現同步方式瞭。配合Object的wait()、notify()系列方法可以實現等待/通知模式。Condition接口也提供瞭類似Object的監視器方法，與Lock配合可以實現等待/通知模式，但是這兩者在使用方式以及功能特性上還是有差別的。Object和Condition接口的一些對比。摘自《Java並發編程的藝術》

image

一、Condition接口介紹和示例

        首先我們需要明白condition對象是依賴於lock對象的，意思就是說condition對象需要通過lock對象進行創建出來(調用Lock對象的newCondition()方法)。consition的使用方式非常的簡單。但是需要註意在調用方法前獲取鎖。

package com.ydl.test.juc;

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

public class ConditionUseCase {

    public Lock lock = new ReentrantLock();
    public Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args)  {
        ConditionUseCase useCase = new ConditionUseCase();
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool (2);
        executorService.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                useCase.conditionWait();
            }
        });
        executorService.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                useCase.conditionSignal();
            }
        });
    }

    public void conditionWait()  {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到鎖瞭");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待信號");
            condition.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到信號");
        }catch (Exception e){

        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public void conditionSignal() {
        lock.lock();
        try {
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到鎖瞭");
            condition.signal();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "發出信號");
        }catch (Exception e){

        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }

}

1 pool-1-thread-1拿到鎖瞭

2 pool-1-thread-1等待信號
3 pool-1-thread-2拿到鎖瞭
4 pool-1-thread-2發出信號 

如示例所示，一般都會將Condition對象作為成員變量。當調用await()方法後，當前線程會釋放鎖並在此等待，而其他線程調用Condition對象的signal()方法，通知當前線程後，當前線程才從await()方法返回，並且在返回前已經獲取瞭鎖。

二、Condition接口常用方法

        condition可以通俗的理解為條件隊列。當一個線程在調用瞭await方法以後，直到線程等待的某個條件為真的時候才會被喚醒。這種方式為線程提供瞭更加簡單的等待/通知模式。Condition必須要配合鎖一起使用，因為對共享狀態變量的訪問發生在多線程環境下。一個Condition的實例必須與一個Lock綁定，因此Condition一般都是作為Lock的內部實現。

  1. await() ：造成當前線程在接到信號或被中斷之前一直處於等待狀態。
  2. await(long time, TimeUnit unit) ：造成當前線程在接到信號、被中斷或到達指定等待時間之前一直處於等待狀態。
  3. awaitNanos(long nanosTimeout) ：造成當前線程在接到信號、被中斷或到達指定等待時間之前一直處於等待狀態。返回值表示剩餘時間，如果在nanosTimesout之前喚醒，那麼返回值 = nanosTimeout – 消耗時間，如果返回值 <= 0 ,則可以認定它已經超時瞭。
  4. awaitUninterruptibly() ：造成當前線程在接到信號之前一直處於等待狀態。【註意：該方法對中斷不敏感】。
  5. awaitUntil(Date deadline) ：造成當前線程在接到信號、被中斷或到達指定最後期限之前一直處於等待狀態。如果沒有到指定時間就被通知，則返回true，否則表示到瞭指定時間，返回返回false。
  6. signal() ：喚醒一個等待線程。該線程從等待方法返回前必須獲得與Condition相關的鎖。
  7. signal()All ：喚醒所有等待線程。能夠從等待方法返回的線程必須獲得與Condition相關的鎖。

三、Condition接口原理簡單解析

        Condition是AQS的內部類。每個Condition對象都包含一個隊列(等待隊列)。等待隊列是一個FIFO的隊列，在隊列中的每個節點都包含瞭一個線程引用，該線程就是在Condition對象上等待的線程，如果一個線程調用瞭Condition.await()方法，那麼該線程將會釋放鎖、構造成節點加入等待隊列並進入等待狀態。等待隊列的基本結構如下所示。

image

等待分為首節點和尾節點。當一個線程調用Condition.await()方法，將會以當前線程構造節點，並將節點從尾部加入等待隊列。新增節點就是將尾部節點指向新增的節點。節點引用更新本來就是在獲取鎖以後的操作，所以不需要CAS保證。同時也是線程安全的操作。

3.1、等待

當線程調用瞭await方法以後。線程就作為隊列中的一個節點被加入到等待隊列中去瞭。同時會釋放鎖的擁有。當從await方法返回的時候。一定會獲取condition相關聯的鎖。當等待隊列中的節點被喚醒的時候，則喚醒節點的線程開始嘗試獲取同步狀態。如果不是通過 其他線程調用Condition.signal()方法喚醒，而是對等待線程進行中斷，則會拋出InterruptedException異常信息。

3.2、通知

調用Condition的signal()方法，將會喚醒在等待隊列中等待最長時間的節點（條件隊列裡的首節點），在喚醒節點前，會將節點移到同步隊列中。當前線程加入到等待隊列中如圖所示：

image

在調用signal()方法之前必須先判斷是否獲取到瞭鎖。接著獲取等待隊列的首節點，將其移動到同步隊列並且利用LockSupport喚醒節點中的線程。節點從等待隊列移動到同步隊列如下圖所示：

image

被喚醒的線程將從await方法中的while循環中退出。隨後加入到同步狀態的競爭當中去。成功獲取到競爭的線程則會返回到await方法之前的狀態。

四、總結

調用await方法後，將當前線程加入Condition等待隊列中。當前線程釋放鎖。否則別的線程就無法拿到鎖而發生死鎖。自旋(while)掛起，不斷檢測節點是否在同步隊列中瞭，如果是則嘗試獲取鎖，否則掛起。當線程被signal方法喚醒，被喚醒的線程將從await()方法中的while循環中退出來，然後調用acquireQueued()方法競爭同步狀態。

五、利用Condition實現生產者消費者模式

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

public class BoundedQueue {

    private LinkedList<Object> buffer;    //生產者容器
    private int maxSize ;           //容器最大值是多少
    private Lock lock;
    private Condition fullCondition;
    private Condition notFullCondition;
    BoundedQueue(int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        buffer = new LinkedList<Object>();
        lock = new ReentrantLock();
        fullCondition = lock.newCondition();
        notFullCondition = lock.newCondition();
    }

    /**
     * 生產者
     * @param obj
     * @throws InterruptedException
     */
    public void put(Object obj) throws InterruptedException {
        lock.lock();    //獲取鎖
        try {
            while (maxSize == buffer.size()){
                notFullCondition.await();       //滿瞭，添加的線程進入等待狀態
            }
            buffer.add(obj);
            fullCondition.signal(); //通知
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 消費者
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    public Object get() throws InterruptedException {
        Object obj;
        lock.lock();
        try {
            while (buffer.size() == 0){ //隊列中沒有數據瞭 線程進入等待狀態
                fullCondition.await();
            }
            obj = buffer.poll();
            notFullCondition.signal(); //通知
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return obj;
    }

}

到此這篇關於Java並發之Condition案例詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關Java並發之Condition案例內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

推薦閱讀：