Java多线程编程中使用Condition类操作锁的方法详解

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类用法示例
Condition 将 Object 监视器方法(wait、notify 和 notifyAll)分解成截然不同的对象,以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用,为每个对象提供多个等待 set (wait-set)。其中,Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用,Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。下面将之前写过的一个线程通信的例子替换成用Condition实现,代码如下:

public class ThreadTest2 {
  public static void main(String[] args) {
    final Business business = new Business();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        threadExecute(business, "sub");
      }
    }).start();
    threadExecute(business, "main");
  }
  public static void threadExecute(Business business, String threadType) {
    for(int i = 0; i < 100; i++) {
      try {
        if("main".equals(threadType)) {
          business.main(i);
        } else {
          business.sub(i);
        }
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}
class Business {
  private boolean bool = true;
  private Lock lock = new ReentrantLock();
  private Condition condition = lock.newCondition();
  public /*synchronized*/ void main(int loop) throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
      while(bool) {
        condition.await();//this.wait();
      }
      for(int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
      }
      bool = true;
      condition.signal();//this.notify();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
  public /*synchronized*/ void sub(int loop) throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
      while(!bool) {
        condition.await();//this.wait();
      }
      for(int i = 0; i < 10; i++) {
        System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
      }
      bool = false;
      condition.signal();//this.notify();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
}

在Condition中,用await()替换wait(),用signal()替换notify(),用signalAll()替换notifyAll(),传统线程的通信方式,Condition都可以实现,这里注意,Condition是被绑定到Lock上的,要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。
这样看来,Condition和传统的线程通信没什么区别,Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition,下面引入API中的一段代码,加以说明。

class BoundedBuffer {
  final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象
  final Condition notFull = lock.newCondition();//写线程条件
  final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件  

  final Object[] items = new Object[100];//缓存队列
  int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/; 

  public void put(Object x) throws InterruptedException {
   lock.lock();
   try {
    while (count == items.length)//如果队列满了
     notFull.await();//阻塞写线程
    items[putptr] = x;//赋值
    if (++putptr == items.length) putptr = 0;//如果写索引写到队列的最后一个位置了,那么置为0
    ++count;//个数++
    notEmpty.signal();//唤醒读线程
   } finally {
    lock.unlock();
   }
  } 

  public Object take() throws InterruptedException {
   lock.lock();
   try {
    while (count == 0)//如果队列为空
     notEmpty.await();//阻塞读线程
    Object x = items[takeptr];//取值
    if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//如果读索引读到队列的最后一个位置了,那么置为0
    --count;//个数--
    notFull.signal();//唤醒写线程
    return x;
   } finally {
    lock.unlock();
   }
  }
 }

这是一个处于多线程工作环境下的缓存区,缓存区提供了两个方法,put和take,put是存数据,take是取数据,内部有个缓存队列,具体变量和方法说明见代码,这个缓存区类实现的功能:有多个线程往里面存数据和从里面取数据,其缓存队列(先进先出后进后出)能缓存的最大数值是100,多个线程间是互斥的,当缓存队列中存储的值达到100时,将写线程阻塞,并唤醒读线程,当缓存队列中存储的值为0时,将读线程阻塞,并唤醒写线程,下面分析一下代码的执行过程:
1. 一个写线程执行,调用put方法;

2. 判断count是否为100,显然没有100;

3. 继续执行,存入值;

4. 判断当前写入的索引位置++后,是否和100相等,相等将写入索引值变为0,并将count+1;
5. 仅唤醒读线程阻塞队列中的一个;

6. 一个读线程执行,调用take方法;

7. ……

8. 仅唤醒写线程阻塞队列中的一个。

这就是多个Condition的强大之处,假设缓存队列中已经存满,那么阻塞的肯定是写线程,唤醒的肯定是读线程,相反,阻塞的肯定是读线程,唤醒的肯定是写线程,那么假设只有一个Condition会有什么效果呢,缓存队列中已经存满,这个Lock不知道唤醒的是读线程还是写线程了,如果唤醒的是读线程,皆大欢喜,如果唤醒的是写线程,那么线程刚被唤醒,又被阻塞了,这时又去唤醒,这样就浪费了很多时间。

时间: 2016-07-09

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