在使用Lock之前,我们使用的最多的同步方式应该是synchronized关键字来实现同步方式了。配合Object的wait()、notify()系列方法可以实现等待/通知模式。Condition接口也提供了类似Object的监视器方法,与Lock配合可以实现等待/通知模式,但是这两者在使用方式以及功能特性上还是有差别的。Object和Condition接口的一些对比。摘自《Java并发编程的艺术》
一、Condition接口介绍和示例
首先我们需要明白condition对象是依赖于lock对象的,意思就是说condition对象需要通过lock对象进行创建出来(调用Lock对象的newCondition()方法)。consition的使用方式非常的简单。但是需要注意在调用方法前获取锁。
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() + "拿到锁了"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待信号"); condition.await(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到信号"); }catch (Exception e){ }finally { lock.unlock(); } } public void conditionSignal() { lock.lock(); try { Thread.sleep(5000); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到锁了"); condition.signal(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "发出信号"); }catch (Exception e){ }finally { lock.unlock(); } } }
pool-1-thread-1拿到锁了
pool-1-thread-1等待信号
pool-1-thread-2拿到锁了
pool-1-thread-2发出信号
pool-1-thread-1拿到信号
如示例所示,一般都会将Condition对象作为成员变量。当调用await()方法后,当前线程会释放锁并在此等待,而其他线程调用Condition对象的signal()方法,通知当前线程后,当前线程才从await()方法返回,并且在返回前已经获取了锁。
二、Condition接口常用方法
condition可以通俗的理解为条件队列。当一个线程在调用了await方法以后,直到线程等待的某个条件为真的时候才会被唤醒。这种方式为线程提供了更加简单的等待/通知模式。Condition必须要配合锁一起使用,因为对共享状态变量的访问发生在多线程环境下。一个Condition的实例必须与一个Lock绑定,因此Condition一般都是作为Lock的内部实现。
await() :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。
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。
awaitNanos(long nanosTimeout) :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。返回值表示剩余时间,如果在nanosTimesout之前唤醒,那么返回值 = nanosTimeout - 消耗时间,如果返回值 <= 0 ,则可以认定它已经超时了。
awaitUninterruptibly() :造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。【注意:该方法对中断不敏感】。
awaitUntil(Date deadline) :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。如果没有到指定时间就被通知,则返回true,否则表示到了指定时间,返回返回false。
signal() :唤醒一个等待线程。该线程从等待方法返回前必须获得与Condition相关的锁。
signal()All :唤醒所有等待线程。能够从等待方法返回的线程必须获得与Condition相关的锁。
三、Condition接口原理简单解析
Condition是AQS的内部类。每个Condition对象都包含一个队列(等待队列)。等待队列是一个FIFO的队列,在队列中的每个节点都包含了一个线程引用,该线程就是在Condition对象上等待的线程,如果一个线程调用了Condition.await()方法,那么该线程将会释放锁、构造成节点加入等待队列并进入等待状态。等待队列的基本结构如下所示。
等待分为首节点和尾节点。当一个线程调用Condition.await()方法,将会以当前线程构造节点,并将节点从尾部加入等待队列。新增节点就是将尾部节点指向新增的节点。节点引用更新本来就是在获取锁以后的操作,所以不需要CAS保证。同时也是线程安全的操作。
3.2、等待
当线程调用了await方法以后。线程就作为队列中的一个节点被加入到等待队列中去了。同时会释放锁的拥有。当从await方法返回的时候。一定会获取condition相关联的锁。当等待队列中的节点被唤醒的时候,则唤醒节点的线程开始尝试获取同步状态。如果不是通过 其他线程调用Condition.signal()方法唤醒,而是对等待线程进行中断,则会抛出InterruptedException异常信息。
3.3、通知
调用Condition的signal()方法,将会唤醒在等待队列中等待最长时间的节点(条件队列里的首节点),在唤醒节点前,会将节点移到同步队列中。当前线程加入到等待队列中如图所示:
在调用signal()方法之前必须先判断是否获取到了锁。接着获取等待队列的首节点,将其移动到同步队列并且利用LockSupport唤醒节点中的线程。节点从等待队列移动到同步队列如下图所示:
被唤醒的线程将从await方法中的while循环中退出。随后加入到同步状态的竞争当中去。成功获取到竞争的线程则会返回到await方法之前的状态。
四、总结
调用await方法后,将当前线程加入Condition等待队列中。当前线程释放锁。否则别的线程就无法拿到锁而发生死锁。自旋(while)挂起,不断检测节点是否在同步队列中了,如果是则尝试获取锁,否则挂起。当线程被signal方法唤醒,被唤醒的线程将从await()方法中的while循环中退出来,然后调用acquireQueued()方法竞争同步状态。
五、利用Condition实现生产者消费者模式
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; //生产者容器 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(); } /** * 生产者 * @param obj * @throws InterruptedException */ public void put(Object obj) throws InterruptedException { lock.lock(); //获取锁 try { while (maxSize == buffer.size()){ notFullCondition.await(); //满了,添加的线程进入等待状态 } buffer.add(obj); fullCondition.signal(); //通知 } finally { lock.unlock(); } } /** * 消费者 * @return * @throws InterruptedException */ public Object get() throws InterruptedException { Object obj; lock.lock(); try { while (buffer.size() == 0){ //队列中没有数据了 线程进入等待状态 fullCondition.await(); } obj = buffer.poll(); notFullCondition.signal(); //通知 } finally { lock.unlock(); } return obj; } }
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