java 线程 Lock 锁使用Condition实现线程的等待（await）与通知(signal)

Posted 2020-08-09

一、Condition 类

　　在前面我们学习与synchronized锁配合的线程等待（Object.wait）与线程通知(Object.notify),那么对于JDK1.5 的 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock 锁，JDK也为我们提供了与此功能相应的类java.util.concurrent.locks.Condition。Condition与重入锁是通过lock.newCondition()方法产生一个与当前重入锁绑定的Condtion实例，我们通知该实例来控制线程的等待与通知。该接口的所有方法：

public interface Condition {
     //使当前线程加入 await() 等待队列中，并释放当锁，当其他线程调用signal()会重新请求锁。与Object.wait()类似。
    void await() throws InterruptedException;

    //调用该方法的前提是，当前线程已经成功获得与该条件对象绑定的重入锁，否则调用该方法时会抛出IllegalMonitorStateException。
    //调用该方法后，结束等待的唯一方法是其它线程调用该条件对象的signal()或signalALL()方法。等待过程中如果当前线程被中断，该方法仍然会继续等待，同时保留该线程的中断状态。 
    void awaitUninterruptibly();

    // 调用该方法的前提是，当前线程已经成功获得与该条件对象绑定的重入锁，否则调用该方法时会抛出IllegalMonitorStateException。
    //nanosTimeout指定该方法等待信号的的最大时间（单位为纳秒）。若指定时间内收到signal()或signalALL()则返回nanosTimeout减去已经等待的时间；
    //若指定时间内有其它线程中断该线程，则抛出InterruptedException并清除当前线程的打断状态；若指定时间内未收到通知，则返回0或负数。 
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;

    //与await()基本一致，唯一不同点在于，指定时间之内没有收到signal()或signalALL()信号或者线程中断时该方法会返回false;其它情况返回true。
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

   //适用条件与行为与awaitNanos(long nanosTimeout)完全一样，唯一不同点在于它不是等待指定时间，而是等待由参数指定的某一时刻。
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
    
    //唤醒一个在 await()等待队列中的线程。与Object.notify()相似
    void signal();

   //唤醒 await()等待队列中所有的线程。与object.notifyAll()相似
    void signalAll();
}

二、使用

1、await()  等待  与 singnal()通知

 1 package com.jalja.org.base.Thread;
 2 
 3 import java.util.concurrent.TimeUnit;
 4 import java.util.concurrent.locks.Condition;
 5 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 6 
 7 /**
 8  * Condition 配合Lock  实现线程的等待 与通知
 9  */
10 public class ConditionTest{
11     public static ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
12     public static Condition condition =lock.newCondition();
13     public static void main(String[] args) {
14         new Thread(){
15             @Override
16             public void run() {
17                 lock.lock();//请求锁
18                 try{
19                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==》进入等待");
20                     condition.await();//设置当前线程进入等待
21                 }catch (InterruptedException e) {
22                     e.printStackTrace();
23                 }finally{
24                     lock.unlock();//释放锁
25                 }
26                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==》继续执行");
27             }    
28         }.start();
29         new Thread(){
30             @Override
31             public void run() {
32                 lock.lock();//请求锁
33                 try{
34                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=》进入");
35                     Thread.sleep(2000);//休息2秒
36                     condition.signal();//随机唤醒等待队列中的一个线程
37                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"休息结束");
38                 }catch (InterruptedException e) {
39                     e.printStackTrace();
40                 }finally{
41                     lock.unlock();//释放锁
42                 }
43             }    
44         }.start();
45     }
46 }

 

执行结果：

Thread-0==》进入等待
Thread-1=》进入
Thread-1休息结束
Thread-0==》继续执行

流程：在调用await()方法前线程必须获得重入锁（第17行代码），调用await()方法后线程会释放当前占用的锁。同理在调用signal()方法时当前线程也必须获得相应重入锁（代码32行），调用signal()方法后系统会从condition.await()等待队列中唤醒一个线程。当线程被唤醒后，它就会尝试重新获得与之绑定的重入锁，一旦获取成功将继续执行。所以调用signal()方法后一定要释放当前占用的锁（代码41行），这样被唤醒的线程才能有获得锁的机会，才能继续执行。

三、JDK中对Condition 的使用

  我们来看看java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

  基于数组的阻塞队列实现，在ArrayBlockingQueue内部，维护了一个定长数组，以便缓存队列中的数据对象，这是一个常用的阻塞队列，除了一个定长数组外，ArrayBlockingQueue内部还保存着两个整形变量，分别标识着队列的头部和尾部在数组中的位置。

  看看他的put方法：

  public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);//对传入元素的null判断
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();//对put()方法做同步
        try {
            while (count == items.length)//如果队列已满
                notFull.await();//让当前添加元素的线程进入等待状态
            insert(e);// 如果有其他线程调用signal() 通知该线程 ，则进行添加行为
        } finally {
            lock.unlock();//释放锁
        }
    }
    
    private E extract() {
        final Object[] items = this.items;
        E x = this.<E>cast(items[takeIndex]);
        items[takeIndex] = null;
        takeIndex = inc(takeIndex);
        --count;
        notFull.signal();//唤醒一个在Condition等待队列中的线程
        return x;
    }