Java 并发编程 ：显示锁 Condition 接口（十）

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java 并发编程 ：显示锁 Condition 接口（十），小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含10677字，纯文字阅读大概需要16分钟。

内容图文

1、概述

Condition 接口也提供了类似 Object 的监视器方法，它与 Lock 配合可以实现 等待/通知 模式，

当要实现一个等待/通知模式时，我们首先想到的就是 synchronized 同步关键字，它配合 Object 的 wait()、notify() 等系列方法实现。

还有一种实现方式，那就是使用显式锁 Lock ，配合 Condition 也可以实现等待/通知模式。

Object的监控器方法 和 Condition 接口，两者在使用方式及功能特性上还是有差别的，对比如下：

2、Condition 实现分析

Condition 定义了 等待/通知 两种类型的方法，当前线程调用这些方式之前，必须获取 Condition 对象相关联的锁。

Condition 是一个接口，
Condition 的实现类是 Lock（AQS）中的 ConditionObject。
Lock 接口中有个 newCondition() 方法，通过这个方法可以获得 Condition 对象（就是 ConditionObject）。

Condition 的使用方式比较简单，需要注意的是在调用方法前必须先获取锁：

Lock lock  = new ReentrantLock();
Condition c1 = lock.newCondition();
Condition c2 = lock.newCondition();

lock.newCondition() 返回的是Condition的一个实现，该类在AbstractQueuedSynchronizer中被实现，该实现类为 ConditionObject

public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
        private transient Node firstWaiter;
        private transient Node lastWaiter;
        ...

可以看到，等待队列和同步队列一样，使用的都是同步器 AQS 中的节点类 Node。
同样拥有首节点和尾节点，每个 Condition 对象都包含着一个 FIFO 队列。

2.1、Condition 接口方法说明

Condition 接口包含以下方法：

2.1.1、void await() throws InterruptedException：

当前线程进入等待状态直到被通知（signal）或者中断；

当前线程进入等待状态，直到被唤醒的场景有以下情况：

（1）其他线程调用相同 Condition 对象的 signal/signalAll 方法，当前线程被唤醒；

（2）其他线程调用 interrupt 方法中断了当前线程；

2.1.2、void awaitUninterruptibly()

当前线程进入等待状态直到被通知，在此过程中对中断信号不敏感，不支持中断当前线程，直到其它线程调用了相同 Condition 对象的 signal/signalAll 方法，当前线程才能被唤醒

2.1.3、long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;

当前线程进入等待状态，直到被通知（signal/signalAll）、中断（interrupt）或者超时才会被唤醒

2.1.4、boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

当前线程进入等待状态，直到被通知（signal/signalAll）、中断（interrupt）或者过了指定时间才会被唤醒

2.1.5、boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;

当前线程进入等待状态，直到被通知、中断或者超时。如果没到指定时间被通知，则返回true，否则返回false

2.1.6、void signal();

唤醒一个等待在Condition上的线程，被唤醒的线程在方法返回前必须获得与Condition对象关联的锁

2.1.7、void signalAll();

唤醒所有等待在Condition上的线程，能够从await()等方法返回的线程必须先获得与Condition对象关联的锁

2.2、等待 await() 方法实现分析

public final void await() throws InterruptedException {
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
            Node node = addConditionWaiter();
            //释放同步状态（锁）
            long savedState = fullyRelease(node);
            int interruptMode = 0;
            //判断节点是否放入同步对列
            while (!isOnSyncQueue(node)) {
                //阻塞
                LockSupport.park(this);
                //如果已经中断了，则退出
                if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                    break;
            }
            if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
                interruptMode = REINTERRUPT;
            if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
                unlinkCancelledWaiters();
            if (interruptMode != 0)
                reportInterruptAfterWait(interruptMode);
        }

分析上述方法的大概过程：

1、将当前线程创建为节点，加入等待队列；

2、释放锁，唤醒同步队列中的后继节点；

3、while循环判断节点是否放入同步队列：

• 没有放入，则阻塞，继续 while 循环（如果已经中断了，则退出）

• 已经放入，则退出 while 循环，执行后面的判断

4、退出 while 说明节点已经在同步队列中，调用 acquireQueued() 方法加入同步状态竞争。

5、竞争到锁后从 await() 方法返回，即退出该方法。

2.2.1、addConditionWaiter() 方法：

该方法是添加新的节点到等待队列并返回该节点

 private Node addConditionWaiter() {
            Node t = lastWaiter;
            //清除条件队列中所有状态不为 CONDITION 的节点
            if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
                unlinkCancelledWaiters();
                t = lastWaiter;
            }
            Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
            if (t == null)
                firstWaiter = node;
            else
                t.nextWaiter = node;
            lastWaiter = node;
            return node;
        }

同步队列的首节点移动到等待队列。加入尾节点之前会清除所有状态不为 Condition 的节点。

2.3、通知 signal() 方法实现分析

调用 Condition 的 signal() 方法，可以唤醒等待队列的首节点（等待时间最长），唤醒之前会将该节点移动到同步队列中。

        public final void signal() {
            //如果同步状态不是被当前线程独占，直接抛出异常。
            if (!isHeldExclusively())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            Node first = firstWaiter;
            
            //通知等待队列队首的节点
            if (first != null)
                doSignal(first);
        }
        
        
        private void doSignal(Node first) {
            do {
                if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
                    lastWaiter = null;
                first.nextWaiter = null;
            } while (!transferForSignal(first) &&
                     (first = firstWaiter) != null);
        }
        
        
        final boolean transferForSignal(Node node) {
        //将节点状态变为0 
        if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
            return false;

        //将该节点加入同步队列
        Node p = enq(node);
        int ws = p.waitStatus;
        //如果结点p的状态为cancel 或者修改waitStatus失败，则直接唤醒
        if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
            LockSupport.unpark(node.thread);
        return true;
    }

1、先判断当前线程是否获取了独占锁；

2、然后对首节点调用 doSignal() 方法，修改首节点

3、调用 transferForSignal() 方法将节点移动到同步队列

4、调用同步器的 enq 方法，将节点移动到同步队列

5、满足条件后使用 LockSupport 唤醒该线程

signalAll() 方法

将等待队列中的全部节点移动到同步队列中，并唤醒每个节点的线程

public final void signalAll() {
            if (!isHeldExclusively())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            Node first = firstWaiter;
            if (first != null)
                doSignalAll(first);
        }
        
        private void doSignalAll(Node first) {
            lastWaiter = firstWaiter = null;
            do {
                Node next = first.nextWaiter;
                first.nextWaiter = null;
                transferForSignal(first);
                first = next;
            } while (first != null);
        }

doSignalAll() 方法使用了 do-while 循环来唤醒每一个等待队列中的节点，直到 first 为 null 时，停止循环。

2.4、等待/通知 过程总结

1、一个线程获取锁后，通过调用 Condition 的 await() 方法，会将当前线程先加入到等待队列中，并释放锁。然后就在 await() 中的一个 while 循环中判断节点是否已经在同步队列，是则尝试获取锁，否则一直阻塞。

2、当线程调用 signal() 方法后，程序首先检查当前线程是否获取了锁，然后通过 doSignal(Node first) 方法将节点移动到同步队列，并唤醒节点中的线程。

3、被唤醒的线程，将从 await() 中的 while 循环中退出来，然后调用 acquireQueued() 方法竞争同步状态。竞争成功则退出 await() 方法，继续执行。

3、Condition 使用示例

下面通过一个有界队列的示例来了解 Condition 的使用方式。有界队列是一种特殊队列，当队列为空时，队列的获取操作将会阻塞获取的线程，直到队列中有新增加的元素；当队列满时，队列的插入操作将会阻塞插入的线程，直到队列有了可用空间。

package com.lkf.condition;

import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 有界队列
 *
 * @author kaifeng
 * @date 2019/1/1
 */
public class BoundedQueue {
    //定义为数组，在创建对象时就确定容量
    private Integer[] items;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();
    private Condition notFull = lock.newCondition();

    // 添加的下标，删除的下标和数组当前元素数量
    private int addIndex, removeIndex, count;

    public BoundedQueue(int size) {
        items = new Integer[size];
    }

    /**
     * 添加一个元素，如果数组满了，则添加线程进入等待状态
     *
     * @param object 添加的元素
     */
    public void add(Integer object) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length) {
                notFull.await();
            }
            items[addIndex] = object;
            if (++addIndex == items.length) {
                addIndex = 0;
            }
            count++;
            System.out.println(Thread.currentThread() + " 新增一个元素，当前数组为：" + Arrays.toString(items));
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 从头部删除一个元素，如果数组为空，则删除线程进入等待状态，直到有新元素添加
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Integer remove() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0) {
                notEmpty.await();
            }
            Integer temp = items[removeIndex];
            items[removeIndex] = null;
            System.out.println(Thread.currentThread() + " 读取一个元素，当前数组为：" + Arrays.toString(items));
            if (++removeIndex == items.length) {
                removeIndex = 0;
            }
            count--;
            notFull.signal();
            return temp;
        } finally {
            lock.unlock();
        }


    }
}

有界队列测试客户端：

package com.lkf.condition;

import java.util.Random;
import java.util.function.Consumer;

/**
 * 有界队列测试
 *
 * @author kaifeng
 * @date 2019/1/1
 */
public class ConditionDemo {
    private final static Random random = new Random();

    public static void main(String[] args) {
        BoundedQueue queue = new BoundedQueue(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(new ProducterRunable(queue), "ProdducterThread_".concat(String.valueOf(i)));
            thread.start();
        }

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(new ConsumerRunable(queue), "ConsumerThread_".concat(String.valueOf(i)));
            thread.start();
        }

    }

    /**
     * 插入元素到队列
     */
    static class ProducterRunable implements Runnable {
        private BoundedQueue queue;

        public ProducterRunable(BoundedQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }

        public void produce() throws InterruptedException {
            queue.add(new Integer(random.nextInt(100)));
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                produce();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /**
     * 从队列读取元素
     */
    static class ConsumerRunable implements Runnable {
        private BoundedQueue queue;

        public ConsumerRunable(BoundedQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }

        public Integer remove() throws InterruptedException {
            return queue.remove();
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                remove();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

测试结果如下：

Thread[ProdducterThread_0,5,main] 新增一个元素，当前数组为：[91, null, null, null, null]
Thread[ProdducterThread_2,5,main] 新增一个元素，当前数组为：[91, 79, null, null, null]
Thread[ProdducterThread_1,5,main] 新增一个元素，当前数组为：[91, 79, 24, null, null]
Thread[ProdducterThread_3,5,main] 新增一个元素，当前数组为：[91, 79, 24, 30, null]
Thread[ProdducterThread_4,5,main] 新增一个元素，当前数组为：[91, 79, 24, 30, 70]
Thread[ConsumerThread_0,5,main] 读取一个元素，当前数组为：[null, 79, 24, 30, 70]
Thread[ConsumerThread_1,5,main] 读取一个元素，当前数组为：[null, null, 24, 30, 70]
Thread[ConsumerThread_2,5,main] 读取一个元素，当前数组为：[null, null, null, 30, 70]
Thread[ConsumerThread_3,5,main] 读取一个元素，当前数组为：[null, null, null, null, 70]
Thread[ConsumerThread_4,5,main] 读取一个元素，当前数组为：[null, null, null, null, null]

内容总结

以上是互联网集市为您收集整理的Java 并发编程 ：显示锁 Condition 接口（十）全部内容，希望文章能够帮你解决Java 并发编程 ：显示锁 Condition 接口（十）所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。

内容备注

版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点与技术仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容， 请发送邮件至 gblab@vip.qq.com 举报，一经查实，本站将立刻删除。

内容手机端