Java多线程编程中使用Condition类操作锁的方法详解

 更新时间:2016年07月11日 08:59:28   作者:三千分之一的爱   我要评论

Condition是java.util.concurrent.locks包下的类,提供了对线程锁的更精细的控制方法,下面我们就来看一下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。

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