JUC学习笔记 -- (7) Condition-线程通信

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-05-12 13:40 167阅读 0赞

关于线程通信，使用synchronized时使用wait、notify和notifyAll来实行线程通信。而使用Lock如何处理线程通信呢?答案就是本片的主角:Condition.

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。下面写一个线程交替打印的案例，特别注意，对线程等待的条件的判断要使用while而不是if来进行判断,这样在线程被唤醒后，会再次判断条件是否正真满足。代码如下：

/**
     * 
        * @ClassName: TestCondition
        * @Description: TODO(打印20轮,其中每轮A打印5次，B打印10次，C打印20次)
        * @author Administrator
        * @date 2018年10月23日
        *
     */
    public class TestCondition {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		final AlternateDemo alternate = new AlternateDemo();
    		new Thread(new Runnable() {
    			public void run() {
    				for(int i=1;i<=20;i++){
    					alternate.loopA(i);
    				}
    			}
    		},"A").start();
    		
    		new Thread(new Runnable() {
    			public void run() {
    				for(int i=1;i<=20;i++){
    					alternate.loopB(i);
    				}
    			}
    		},"B").start();
    		
    		new Thread(new Runnable() {
    			public void run() {
    				for(int i=1;i<=20;i++){
    					alternate.loopC(i);
    					System.out.println("------------------");
    				}
    			}
    		},"C").start();
    	}
    	
    }
    class AlternateDemo{
    	private int number = 1; //当前正在执行的线程标志
    	
    	private Lock lock = new ReentrantLock();
    	private Condition c1 = lock.newCondition();
    	private Condition c2 = lock.newCondition();
    	private Condition c3 = lock.newCondition();
    	
    	public void loopA(int totalLoop){
    		
    		lock.lock();
    		try{
    			while(number!=1){ //1.判断
    				c1.await();
    			}
    			//2.打印
    			for(int i=1;i<=5;i++){
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+i+"\t"+totalLoop);
    			}
    			//3.唤醒别的线程
    			number=2;
    			c2.signal();
    		}catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}finally{
    			lock.unlock();
    		}
    	}
    	
    	public void loopB(int totalLoop){
    		
    		lock.lock();
    		try{
    			while(number!=2){ //1.判断
    				c2.await();
    			}
    			//2.打印
    			for(int i=1;i<=10;i++){
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+i+"\t"+totalLoop);
    			}
    			//3.唤醒别的线程
    			number=3;
    			c3.signal();
    		}catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}finally{
    			lock.unlock();
    		}
    	}
    	
    	public void loopC(int totalLoop){
    		
    		lock.lock();
    		try{
    			while(number!=3){ //1.判断
    				c3.await();
    			}
    			//2.打印
    			for(int i=1;i<=20;i++){
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+i+"\t"+totalLoop);
    			}
    			//3.唤醒别的线程
    			number=1;
    			c1.signal();
    		}catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}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，这也是ArrayBlockingQueue的内部实现。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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