Java多线程系列--“JUC锁”06之 Condition条件
概要
前面对JUC包中的锁的原理进行了介绍，本章会JUC中对与锁经常配合使用的Condition进行介绍，内容包括:
Condition介绍
Condition函数列表
Condition示例
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Condition介绍
Condition的作用是对锁进行更精确的控制。Condition中的await()方法相当于Object的wait()方法，Condition中的signal()方法相当于Object的notify()方法，Condition中的signalAll()相当于Object的notifyAll()方法。不同的是，Object中的wait(),notify(),notifyAll()方法是和"同步锁"(synchronized关键字)捆绑使用的；而Condition是需要与"互斥锁"/"共享锁"捆绑使用的。
Condition函数列表
// 造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。 void await() // 造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。 boolean await(long time, TimeUnit unit) // 造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。 long awaitNanos(long nanosTimeout) // 造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。 void awaitUninterruptibly() // 造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态。 boolean awaitUntil(Date deadline) // 唤醒一个等待线程。 void signal() // 唤醒所有等待线程。 void signalAll()
Condition示例
示例1是通过Object的wait(), notify()来演示线程的休眠/唤醒功能。
示例2是通过Condition的await(), signal()来演示线程的休眠/唤醒功能。
示例3是通过Condition的高级功能。
示例1
public class WaitTest1 {
public static void main(String[] args) {
ThreadA ta = new ThreadA("ta");
synchronized(ta) { // 通过synchronized(ta)获取“对象ta的同步锁”
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" start ta");
ta.start();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" block");
ta.wait(); // 等待
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" continue");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
static class ThreadA extends Thread{
public ThreadA(String name) {
super(name);
}
public void run() {
synchronized (this) { // 通过synchronized(this)获取“当前对象的同步锁”
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" wakup others");
notify(); // 唤醒“当前对象上的等待线程”
}
}
}
}
示例2
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ConditionTest1 {
private static Lock lock = new ReentrantLock();
private static Condition condition = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
ThreadA ta = new ThreadA("ta");
lock.lock(); // 获取锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" start ta");
ta.start();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" block");
condition.await(); // 等待
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" continue");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock(); // 释放锁
}
}
static class ThreadA extends Thread{
public ThreadA(String name) {
super(name);
}
public void run() {
lock.lock(); // 获取锁
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" wakup others");
condition.signal(); // 唤醒“condition所在锁上的其它线程”
} finally {
lock.unlock(); // 释放锁
}
}
}
}
运行结果：
main start ta main block ta wakup others main continue
通过“示例1”和“示例2”，我们知道Condition和Object的方法有一下对应关系：
Object Condition 休眠 wait await 唤醒个线程 notify signal 唤醒所有线程 notifyAll signalAll
Condition除了支持上面的功能之外，它更强大的地方在于：能够更加精细的控制多线程的休眠与唤醒。对于同一个锁，我们可以创建多个Condition，在不同的情况下使用不同的Condition。
例如，假如多线程读/写同一个缓冲区：当向缓冲区中写入数据之后，唤醒"读线程"；当从缓冲区读出数据之后，唤醒"写线程"；并且当缓冲区满的时候，"写线程"需要等待；当缓冲区为空时，"读线程"需要等待。 如果采用Object类中的wait(), notify(), notifyAll()实现该缓冲区，当向缓冲区写入数据之后需要唤醒"读线程"时，不可能通过notify()或notifyAll()明确的指定唤醒"读线程"，而只能通过notifyAll唤醒所有线程(但是notifyAll无法区分唤醒的线程是读线程，还是写线程)。 但是，通过Condition，就能明确的指定唤醒读线程。
看看下面的示例3，可能对这个概念有更深刻的理解。
示例3
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class BoundedBuffer {
final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition notFull = lock.newCondition();
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
final Object[] items = new Object[5];
int putptr, takeptr, count;
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock(); //获取锁
try {
// 如果“缓冲已满”，则等待；直到“缓冲”不是满的，才将x添加到缓冲中。
while (count == items.length)
notFull.await();
// 将x添加到缓冲中
items[putptr] = x;
// 将“put统计数putptr+1”；如果“缓冲已满”，则设putptr为0。
if (++putptr == items.length) putptr = 0;
// 将“缓冲”数量+1
++count;
// 唤醒take线程，因为take线程通过notEmpty.await()等待
notEmpty.signal();
// 打印写入的数据
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put "+ (Integer)x);
} finally {
lock.unlock(); // 释放锁
}
}
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock(); //获取锁
try {
// 如果“缓冲为空”，则等待；直到“缓冲”不为空，才将x从缓冲中取出。
while (count == 0)
notEmpty.await();
// 将x从缓冲中取出
Object x = items[takeptr];
// 将“take统计数takeptr+1”；如果“缓冲为空”，则设takeptr为0。
if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
// 将“缓冲”数量-1
--count;
// 唤醒put线程，因为put线程通过notFull.await()等待
notFull.signal();
// 打印取出的数据
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " take "+ (Integer)x);
return x;
} finally {
lock.unlock(); // 释放锁
}
}
}
public class ConditionTest2 {
private static BoundedBuffer bb = new BoundedBuffer();
public static void main(String[] args) {
// 启动10个“写线程”，向BoundedBuffer中不断的写数据(写入0-9)；
// 启动10个“读线程”，从BoundedBuffer中不断的读数据。
for (int i=0; i<10; i++) {
new PutThread("p"+i, i).start();
new TakeThread("t"+i).start();
}
}
static class PutThread extends Thread {
private int num;
public PutThread(String name, int num) {
super(name);
this.num = num;
}
public void run() {
try {
Thread.sleep(1); // 线程休眠1ms
bb.put(num); // 向BoundedBuffer中写入数据
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
static class TakeThread extends Thread {
public TakeThread(String name) {
super(name);
}
public void run() {
try {
Thread.sleep(10); // 线程休眠1ms
Integer num = (Integer)bb.take(); // 从BoundedBuffer中取出数据
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
(某一次)运行结果：
p1 put 1 p4 put 4 p5 put 5 p0 put 0 p2 put 2 t0 take 1 p3 put 3 t1 take 4 p6 put 6 t2 take 5 p7 put 7 t3 take 0 p8 put 8 t4 take 2 p9 put 9 t5 take 3 t6 take 6 t7 take 7 t8 take 8 t9 take 9
结果说明：
(01) BoundedBuffer 是容量为5的缓冲，缓冲中存储的是Object对象，支持多线程的读/写缓冲。多个线程操作“一个BoundedBuffer对象”时，它们通过互斥锁lock对缓冲区items进行互斥访问；而且同一个BoundedBuffer对象下的全部线程共用“notFull”和“notEmpty”这两个Condition。
notFull用于控制写缓冲，notEmpty用于控制读缓冲。当缓冲已满的时候，调用put的线程会执行notFull.await()进行等待；当缓冲区不是满的状态时，就将对象添加到缓冲区并将缓冲区的容量count+1，最后，调用notEmpty.signal()缓冲notEmpty上的等待线程(调用notEmpty.await的线程)。 简言之，notFull控制“缓冲区的写入”，当往缓冲区写入数据之后会唤醒notEmpty上的等待线程。
同理，notEmpty控制“缓冲区的读取”，当读取了缓冲区数据之后会唤醒notFull上的等待线程。
(02) 在ConditionTest2的main函数中，启动10个“写线程”，向BoundedBuffer中不断的写数据(写入0-9)；同时，也启动10个“读线程”，从BoundedBuffer中不断的读数据。
(03) 简单分析一下运行结果。
1, p1线程向缓冲中写入1。 此时，缓冲区数据: | 1 | | | | |
2, p4线程向缓冲中写入4。 此时，缓冲区数据: | 1 | 4 | | | |
3, p5线程向缓冲中写入5。 此时，缓冲区数据: | 1 | 4 | 5 | | |
4, p0线程向缓冲中写入0。 此时，缓冲区数据: | 1 | 4 | 5 | 0 | |
5, p2线程向缓冲中写入2。 此时，缓冲区数据: | 1 | 4 | 5 | 0 | 2 |
此时，缓冲区容量为5；缓冲区已满！如果此时，还有“写线程”想往缓冲中写入数据，会调用put中的notFull.await()等待，直接缓冲区非满状态，才能继续运行。
6, t0线程从缓冲中取出数据1。此时，缓冲区数据: | | 4 | 5 | 0 | 2 |
7, p3线程向缓冲中写入3。 此时，缓冲区数据: | 3 | 4 | 5 | 0 | 2 |
8, t1线程从缓冲中取出数据4。此时，缓冲区数据: | 3 | | 5 | 0 | 2 |
9, p6线程向缓冲中写入6。 此时，缓冲区数据: | 3 | 6 | 5 | 0 | 2 |
...
