深入浅析Java中的Condition条件
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Condition介绍
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示例
示例1是通过Object的wait(), notify()来演示线程的休眠/唤醒功能。
示例2是通过Condition的await(), signal()来演示线程的休眠/唤醒功能。
示例3是通过Condition的高级功能。
示例1
public class WaitTest1 { public static void main(String[] args) { ThreadA ta = new ThreadA("ta"); synchronized(ta) { // 通过synchronized(ta)获取“对象ta的同步锁” try { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" start ta"); ta.start(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" block"); ta.wait(); // 等待 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" continue"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } static class ThreadA extends Thread{ public ThreadA(String name) { super(name); } public void run() { synchronized (this) { // 通过synchronized(this)获取“当前对象的同步锁” System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" wakup others"); notify(); // 唤醒“当前对象上的等待线程” } } } }
示例2
import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ConditionTest1 { private static Lock lock = new ReentrantLock(); private static Condition condition = lock.newCondition(); public static void main(String[] args) { ThreadA ta = new ThreadA("ta"); lock.lock(); // 获取锁 try { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" start ta"); ta.start(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" block"); condition.await(); // 等待 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" continue"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); // 释放锁 } } static class ThreadA extends Thread{ public ThreadA(String name) { super(name); } public void run() { lock.lock(); // 获取锁 try { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" wakup others"); condition.signal(); // 唤醒“condition所在锁上的其它线程” } finally { lock.unlock(); // 释放锁 } } } }
运行结果:
main start ta main block ta wakup others main continue
通过“示例1”和“示例2”,我们知道Condition和Object的方法有一下对应关系:
Object Condition
休眠 wait await
唤醒个线程 notify signal
唤醒所有线程 notifyAll signalAll
Condition除了支持上面的功能之外,它更强大的地方在于:能够更加精细的控制多线程的休眠与唤醒。对于同一个锁,我们可以创建多个Condition,在不同的情况下使用不同的Condition。
例如,假如多线程读/写同一个缓冲区:当向缓冲区中写入数据之后,唤醒"读线程";当从缓冲区读出数据之后,唤醒"写线程";并且当缓冲区满的时候,"写线程"需要等待;当缓冲区为空时,"读线程"需要等待。 如果采用Object类中的wait(), notify(), notifyAll()实现该缓冲区,当向缓冲区写入数据之后需要唤醒"读线程"时,不可能通过notify()或notifyAll()明确的指定唤醒"读线程",而只能通过notifyAll唤醒所有线程(但是notifyAll无法区分唤醒的线程是读线程,还是写线程)。 但是,通过Condition,就能明确的指定唤醒读线程。
看看下面的示例3,可能对这个概念有更深刻的理解。
示例3
import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; class BoundedBuffer { final Lock lock = new ReentrantLock(); final Condition notFull = lock.newCondition(); final Condition notEmpty = lock.newCondition(); final Object[] items = new Object[5]; int putptr, takeptr, count; public void put(Object x) throws InterruptedException { lock.lock(); //获取锁 try { // 如果“缓冲已满”,则等待;直到“缓冲”不是满的,才将x添加到缓冲中。 while (count == items.length) notFull.await(); // 将x添加到缓冲中 items[putptr] = x; // 将“put统计数putptr+1”;如果“缓冲已满”,则设putptr为0。 if (++putptr == items.length) putptr = 0; // 将“缓冲”数量+1 ++count; // 唤醒take线程,因为take线程通过notEmpty.await()等待 notEmpty.signal(); // 打印写入的数据 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put "+ (Integer)x); } finally { lock.unlock(); // 释放锁 } } public Object take() throws InterruptedException { lock.lock(); //获取锁 try { // 如果“缓冲为空”,则等待;直到“缓冲”不为空,才将x从缓冲中取出。 while (count == 0) notEmpty.await(); // 将x从缓冲中取出 Object x = items[takeptr]; // 将“take统计数takeptr+1”;如果“缓冲为空”,则设takeptr为0。 if (++takeptr == items.length) takeptr = 0; // 将“缓冲”数量-1 --count; // 唤醒put线程,因为put线程通过notFull.await()等待 notFull.signal(); // 打印取出的数据 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " take "+ (Integer)x); return x; } finally { lock.unlock(); // 释放锁 } } } public class ConditionTest2 { private static BoundedBuffer bb = new BoundedBuffer(); public static void main(String[] args) { // 启动10个“写线程”,向BoundedBuffer中不断的写数据(写入0-9); // 启动10个“读线程”,从BoundedBuffer中不断的读数据。 for (int i=0; i<10; i++) { new PutThread("p"+i, i).start(); new TakeThread("t"+i).start(); } } static class PutThread extends Thread { private int num; public PutThread(String name, int num) { super(name); this.num = num; } public void run() { try { Thread.sleep(1); // 线程休眠1ms bb.put(num); // 向BoundedBuffer中写入数据 } catch (InterruptedException e) { } } } static class TakeThread extends Thread { public TakeThread(String name) { super(name); } public void run() { try { Thread.sleep(10); // 线程休眠1ms Integer num = (Integer)bb.take(); // 从BoundedBuffer中取出数据 } catch (InterruptedException e) { } } } }
(某一次)运行结果:
p1 put 1
p4 put 4
p5 put 5
p0 put 0
p2 put 2
t0 take 1
p3 put 3
t1 take 4
p6 put 6
t2 take 5
p7 put 7
t3 take 0
p8 put 8
t4 take 2
p9 put 9
t5 take 3
t6 take 6
t7 take 7
t8 take 8
t9 take 9
结果说明:
(01) BoundedBuffer 是容量为5的缓冲,缓冲中存储的是Object对象,支持多线程的读/写缓冲。多个线程操作“一个BoundedBuffer对象”时,它们通过互斥锁lock对缓冲区items进行互斥访问;而且同一个BoundedBuffer对象下的全部线程共用“notFull”和“notEmpty”这两个Condition。
notFull用于控制写缓冲,notEmpty用于控制读缓冲。当缓冲已满的时候,调用put的线程会执行notFull.await()进行等待;当缓冲区不是满的状态时,就将对象添加到缓冲区并将缓冲区的容量count+1,最后,调用notEmpty.signal()缓冲notEmpty上的等待线程(调用notEmpty.await的线程)。 简言之,notFull控制“缓冲区的写入”,当往缓冲区写入数据之后会唤醒notEmpty上的等待线程。
同理,notEmpty控制“缓冲区的读取”,当读取了缓冲区数据之后会唤醒notFull上的等待线程。
(02) 在ConditionTest2的main函数中,启动10个“写线程”,向BoundedBuffer中不断的写数据(写入0-9);同时,也启动10个“读线程”,从BoundedBuffer中不断的读数据。
(03) 简单分析一下运行结果。
1, p1线程向缓冲中写入1。 此时,缓冲区数据: | 1 | | | | |
2, p4线程向缓冲中写入4。 此时,缓冲区数据: | 1 | 4 | | | |
3, p5线程向缓冲中写入5。 此时,缓冲区数据: | 1 | 4 | 5 | | |
4, p0线程向缓冲中写入0。 此时,缓冲区数据: | 1 | 4 | 5 | 0 | |
5, p2线程向缓冲中写入2。 此时,缓冲区数据: | 1 | 4 | 5 | 0 | 2 |
此时,缓冲区容量为5;缓冲区已满!如果此时,还有“写线程”想往缓冲中写入数据,会调用put中的notFull.await()等待,直接缓冲区非满状态,才能继续运行。
6, t0线程从缓冲中取出数据1。此时,缓冲区数据: | | 4 | 5 | 0 | 2 |
7, p3线程向缓冲中写入3。 此时,缓冲区数据: | 3 | 4 | 5 | 0 | 2 |
8, t1线程从缓冲中取出数据4。此时,缓冲区数据: | 3 | | 5 | 0 | 2 |
9, p6线程向缓冲中写入6。 此时,缓冲区数据: | 3 | 6 | 5 | 0 | 2 |
...
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