Java并發(fā)之Condition的詳細解析

這篇文章主要講解了Java并發(fā)之Condition的詳細解析，內(nèi)容清晰明了，對此有興趣的小伙伴可以學(xué)習(xí)一下，相信大家閱讀完之后會有幫助。

在使用Lock之前，我們使用的最多的同步方式應(yīng)該是synchronized關(guān)鍵字來實現(xiàn)同步方式了。配合Object的wait()、notify()系列方法可以實現(xiàn)等待/通知模式。Condition接口也提供了類似Object的監(jiān)視器方法，與Lock配合可以實現(xiàn)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并發(fā)編程的藝術(shù)》

一、Condition接口介紹和示例

        首先我們需要明白condition對象是依賴于lock對象的，意思就是說condition對象需要通過lock對象進行創(chuàng)建出來(調(diào)用Lock對象的newCondition()方法)。consition的使用方式非常的簡單。但是需要注意在調(diào)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() + "拿到鎖了");
      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() + "拿到鎖了");
      condition.signal();
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "發(fā)出信號");
    }catch (Exception e){

    }finally {
      lock.unlock();
    }
  }

}

pool-1-thread-1拿到鎖了
pool-1-thread-1等待信號
pool-1-thread-2拿到鎖了
pool-1-thread-2發(fā)出信號
pool-1-thread-1拿到信號

如示例所示，一般都會將Condition對象作為成員變量。當(dāng)調(diào)用await()方法后，當(dāng)前線程會釋放鎖并在此等待，而其他線程調(diào)用Condition對象的signal()方法，通知當(dāng)前線程后，當(dāng)前線程才從await()方法返回，并且在返回前已經(jīng)獲取了鎖。

二、Condition接口常用方法

        condition可以通俗的理解為條件隊列。當(dāng)一個線程在調(diào)用了await方法以后，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了更加簡單的等待/通知模式。Condition必須要配合鎖一起使用，因為對共享狀態(tài)變量的訪問發(fā)生在多線程環(huán)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(nèi)部實現(xiàn)。

await() ：造成當(dāng)前線程在接到信號或被中斷之前一直處于等待狀態(tài)。

await(long time, TimeUnit unit) ：造成當(dāng)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于等待狀態(tài)。

awaitNanos(long nanosTimeout) ：造成當(dāng)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于等待狀態(tài)。返回值表示剩余時間，如果在nanosTimesout之前喚醒，那么返回值 = nanosTimeout - 消耗時間，如果返回值 <= 0 ,則可以認定它已經(jīng)超時了。

awaitUninterruptibly() ：造成當(dāng)前線程在接到信號之前一直處于等待狀態(tài)?！咀⒁猓涸摲椒▽χ袛嗖幻舾小俊?/p>

awaitUntil(Date deadline) ：造成當(dāng)前線程在接到信號、被中斷或到達指定最后期限之前一直處于等待狀態(tài)。如果沒有到指定時間就被通知，則返回true，否則表示到了指定時間，返回返回false。

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(guān)的鎖。

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(guān)的鎖。

三、Condition接口原理簡單解析

        Condition是AQS的內(nèi)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(jié)點都包含了一個線程引用，該線程就是在Condition對象上等待的線程，如果一個線程調(diào)用了Condition.await()方法，那么該線程將會釋放鎖、構(gòu)造成節(jié)點加入等待隊列并進入等待狀態(tài)。等待隊列的基本結(jié)構(gòu)如下所示。

等待分為首節(jié)點和尾節(jié)點。當(dāng)一個線程調(diào)用Condition.await()方法，將會以當(dāng)前線程構(gòu)造節(jié)點，并將節(jié)點從尾部加入等待隊列。新增節(jié)點就是將尾部節(jié)點指向新增的節(jié)點。節(jié)點引用更新本來就是在獲取鎖以后的操作，所以不需要CAS保證。同時也是線程安全的操作。

       3.2、等待

當(dāng)線程調(diào)用了await方法以后。線程就作為隊列中的一個節(jié)點被加入到等待隊列中去了。同時會釋放鎖的擁有。當(dāng)從await方法返回的時候。一定會獲取condition相關(guān)聯(lián)的鎖。當(dāng)?shù)却犃兄械墓?jié)點被喚醒的時候，則喚醒節(jié)點的線程開始嘗試獲取同步狀態(tài)。如果不是通過 其他線程調(diào)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。

       3.3、通知

調(diào)用Condition的signal()方法，將會喚醒在等待隊列中等待最長時間的節(jié)點（條件隊列里的首節(jié)點），在喚醒節(jié)點前，會將節(jié)點移到同步隊列中。當(dāng)前線程加入到等待隊列中如圖所示：

在調(diào)用signal()方法之前必須先判斷是否獲取到了鎖。接著獲取等待隊列的首節(jié)點，將其移動到同步隊列并且利用LockSupport喚醒節(jié)點中的線程。節(jié)點從等待隊列移動到同步隊列如下圖所示：

被喚醒的線程將從await方法中的while循環(huán)中退出。隨后加入到同步狀態(tài)的競爭當(dāng)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(tài)。

四、總結(jié)

      調(diào)用await方法后，將當(dāng)前線程加入Condition等待隊列中。當(dāng)前線程釋放鎖。否則別的線程就無法拿到鎖而發(fā)生死鎖。自旋(while)掛起，不斷檢測節(jié)點是否在同步隊列中了，如果是則嘗試獲取鎖，否則掛起。當(dāng)線程被signal方法喚醒，被喚醒的線程將從await()方法中的while循環(huán)中退出來，然后調(diào)用acquireQueued()方法競爭同步狀態(tài)。

五、利用Condition實現(xiàn)生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)者
   * @param obj
   * @throws InterruptedException
   */
  public void put(Object obj) throws InterruptedException {
    lock.lock();  //獲取鎖
    try {
      while (maxSize == buffer.size()){
        notFullCondition.await();    //滿了，添加的線程進入等待狀態(tài)
      }
      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(shù)據(jù)了 線程進入等待狀態(tài)
        fullCondition.await();
      }
      obj = buffer.poll();
      notFullCondition.signal(); //通知
    } finally {
      lock.unlock();
    }
    return obj;
  }

}

看完上述內(nèi)容，是不是對Java并發(fā)之Condition的詳細解析有進一步的了解，如果還想學(xué)習(xí)更多內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。