多线程并发编程之构建自定义同步工具
当Java类库没有提供适合的同步工具时，就需要构建自定义同步工具。
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acquir lock on object state;//请求获取锁 while(precondition does not hold){//没有满足前提条件 release lock;//先释放锁 wait until precondition might hold;//等待满足前提条件 optionlly fail if interrupted or timeout expires;//因为中断或者超时执行失败 reacquire lock;//重新尝试获取锁 } perform action//执行 release lock;//释放锁
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public class BaseBoundBuffer<V> { private final V[] buf; private int tail; private int head; private int count; @SuppressWarnings("unchecked") public BaseBoundBuffer(int capacity) { buf = (V[]) new Object[capacity]; } public synchronized void doPut(V v) { buf[tail] = v; if (++tail == buf.length) tail = 0; count++; } public synchronized V doTake() { V v = buf[head]; if (++head == buf.length) head = 0; count--; return v; } public final synchronized boolean isFull() { return count == buf.length; } public final synchronized boolean isEmpty() { return count == 0; } }
阻塞实现方式一：抛异常给调用者
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public synchronized void put1(V v) throws Exception{ if(isFull()) throw new Exception("full error"); doPut(v); }
阻塞实现方式二：通过轮询和休眠
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public void put2(V v) throws InterruptedException { while (true) {//轮询 synchronized (this) { if (!isFull()) { doPut(v); return; } } Thread.sleep(SLEEP_TIME);//休眠 } }
阻塞实现方式三：条件队列
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public synchronized void put3(V v) throws InterruptedException { while(isFull()) wait(); doput(v); notifyAll(); }
分析：获得较好响应，简单易用。
使用条件队列
1.条件谓词
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定义：条件谓词是使某个操作成为状态依赖操作的前提条件。条件谓词是由类中各个状态变量构成的表达式。例如，对于put方法的条件谓词就是“缓存不为空”。
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关系：在条件等待中存在一种重要的三元关系，包括加锁、wait方法和一个条件谓词。在条件谓词中包含多个状态变量，而每个状态变量必须由一个锁来保护，因此在测试条件谓词之前必须先持有这个锁。锁对象和条件队列对象（及调用wait和notify等方法所在的对象）必须是同一个对象。
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约束:每次调用wait都会隐式地和特定的条件谓词相关联,当调用特定条件谓词时,调用者必须已经持有与条件队列相关的锁,这个锁必须还保护这组成条件谓词的状态变量
2.条件队列使用规则
- 通常都有一个条件谓词
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永远在调用wait之前测试条件谓词,并且在wait中返回后再次测试;
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永远在循环中调用wait;
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确保构成条件谓词的状态变量被锁保护,而这个锁必须与这个条件队列相关联;
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当调用wait、notify和notifyAll时,要持有与条件队列相关联的锁;
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在检查条件谓词之后,开始执行被保护的逻辑之前,不要释放锁;
3.通知
尽量使用notifyAll,而不是nofify.因为nofify会随机唤醒一个线程从休眠状态变为Blocked状态(Blocked状态是种线程一直处于尝试获取锁的状态,即一旦发现锁可用,马上持有锁),而notifyAll会唤醒条件队列中所有的线程从休眠状态变为Blocked状态.考虑这么种情况,假如线程A因为条件谓词Pa进入休眠状态,线程B因为条件谓词Pb进入休眠状态.这时Pb为真,线程C执行单一的notify.如果JVM随机选择了线程A进行唤醒,那么线程A检查条件谓词Pa不为真后又进入了休眠状态.从这以后再也没有其它线程能被唤醒,程序会一直处于休眠状态.如果使用notifyAll就不一样了,JVM会唤醒条件队列中所有等待线程从休眠状态变为Blocked状态,即使随机选出一个线程一因为条件谓词不为真进入休眠状态,其它线程也会去竞争锁从而继续执行下去.
4.状态依赖方法的标准形式
void stateDependentMethod throwsInterruptedException{ synchronized(lock){ while(!conditionPredicate)) lock.wait(); } //dosomething(); .... notifyAll(); }
显示Condition对象
显示的Condition对象是一种更灵活的选择，提供了更丰富的功能：在每个锁上可以存在多个等待，条件等待可以是中断的获不可中断的，基于时限的等待，以及公平的或非公平的队列操作。一个Condition可以和一个Lock关联起来，就像一个条件队列和一个内置锁关联起来一样。要创建一个Condition，可以在相关联的Lock上调用Lock.newCondition方法。以下用显示条件变量重新实现有界缓存
publicclassConditionBoundedBuffer<V>{ privatefinal V[] buf; privateint tail; privateint head; privateint count; privateLock lock =newReentrantLock(); privateCondition notFullCondition = lock.newCondition(); privateCondition notEmptyCondition = lock.newCondition(); @SuppressWarnings("unchecked") publicConditionBoundedBuffer(int capacity){ buf =(V[])newObject[capacity]; } publicvoid doPut(V v)throwsInterruptedException{ try{ lock.lock(); while(count == buf.length) notFullCondition.await(); buf[tail]= v; if(++tail == buf.length) tail =0; count++; notEmptyCondition.signal(); }finally{ lock.unlock(); } } public V doTake()throwsInterruptedException{ try{ lock.lock(); while(count ==0) notEmptyCondition.await(); V v = buf[head]; buf[head]=null; if(++head == buf.length) head =0; count--; notFullCondition.signal(); return v; }finally{ lock.unlock(); } } }
