Java多线程学习——Condition的使用

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。



条件（也称为条件队列 或条件变量）为线程提供了一个含义，以便在某个状态条件现在可能为 true 的另一个线程通知它之前，一直挂起该线程（即让其“等待”）。因为访问此共享状态信息发生在不同的线程中，所以它必须受保护，因此要将某种形式的锁与该条件相关联。等待提供一个条件的主要属性是：以原子方式 释放相关的锁，并挂起当前线程，就像 Object.wait 做的那样。

Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其 newCondition() 方法。

三个线程依次答应ABC，代码示例如下:

class Business
{
  private Lock lock = new ReentrantLock();
  private Condition conditionA = lock.newCondition();
  private Condition conditionB = lock.newCondition();
  private Condition conditionC = lock.newCondition();
  private String type = "A";

  public void A()
  {
    lock.lock();
    try {
      while (type != "A") {
        try {
          conditionA.await();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在打印A");
      type = "B";
      conditionB.signal();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  public void B()
  {
    lock.lock();
    try {
      while (type != "B") {
        try {
          conditionB.await();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在打印B");
      type = "C";
      conditionC.signal();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

  public void C()
  {
    lock.lock();
    try {
      while (type != "C") {
        try {
          conditionC.await();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在打印C");
      type = "A";
      conditionA.signal();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
}

1、在某些情况下，当内部锁非常不灵活时，显式锁就可以派上用场。内部条件队列有一些缺陷，每个内部锁只能有一个与之相关联的条件队列。

2、使用显式的Lock和Condition的实现类提供了一个比内部锁和条件队列更加灵活的选择。一个Condition和一个单独的Lock相关联，就像条件队列和单独的内部锁相关联一样。每个锁可以有多个等待集、中断性选择、基于时限、公平性选择等。

public interface Condition{

   void await() throws InterruptedException;//相当于wait

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

   long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;

   void awaitUninterruptibly();

   boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;

void signal();//相当于notify

   void signalAll();//相当于notifyall

}

调用与Condition相关联的Lock的Lock.newCondition方法，可创建一个Condition.

3、有限缓存操作

@ThreadSafe

public class ConditionBoundedBuffer<T>{

   protected final Lock lock=new ReentrantLock();

   private final Condition notFull=lock.newCondition();

   private final Condition notEmpty=lock.newCondition();

   @GuardBy("lock");

   private final T[] items=(T[]) new Object[BUFFER_SIZE];

   @GuardBy("lock") private int tail,head,count;

public void put(T x) throws InterruptedExceptoin{

       lock.lock();

       try{

           while (count=items.lentgh)

                notFull.await();

           items[tail]=x;

           if (++tail=items.length)

               tail=0;

           ++count;

           notEmpty.signal();

       }

       finally{lock.unlock();

       }

   }

public T take() throws InterruptedException{

       lock.lock();

       try{

           while (count=items.lentgh)

                notEmpty.await();

           T x=items[head];

           items[head]=null;

           if (++head=items.length)

               head=0;

           --count;

           notFull.signal();

          return x;

       }

       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。
[java]
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。