【java并发】条件阻塞Condition的应用

　　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。

1. Condition的基本使用

　　由于Condition可以用来替代wait、notify等方法，所以可以对比着之前写过的线程间通信的代码来看，再来看一下原来那个问题：

有两个线程，子线程先执行10次，然后主线程执行5次，然后再切换到子线程执行10，再主线程执行5次……如此往返执行50次。

　　之前用wait和notify来实现的，现在用Condition来改写一下，代码如下：

public class ConditionCommunication {

public static void main(String[] args) {
Business bussiness = new Business();

new Thread(new Runnable() {// 开启一个子线程

@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 50; i++) {

bussiness.sub(i);
}

}
}).start();

// main方法主线程
for (int i = 1; i <= 50; i++) {

bussiness.main(i);
}
}
}

class Business {

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition(); //Condition是在具体的lock之上的

private boolean bShouldSub = true;

public void sub(int i) {
lock.lock();
try {
while (!bShouldSub) {
try {
condition.await(); //用condition来调用await方法
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (int j = 1; j <= 10; j++) {
System.out.println("sub thread sequence of " + j
+ ", loop of " + i);
}
bShouldSub = false;
condition.signal(); //用condition来发出唤醒信号，唤醒某一个
} finally {
lock.unlock();
}
}

public void main(int i) {
lock.lock();
try {
while (bShouldSub) {
try {
condition.await(); //用condition来调用await方法
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (int j = 1; j <= 10; j++) {
System.out.println("main thread sequence of " + j
+ ", loop of " + i);
}
bShouldSub = true;
condition.signal(); //用condition来发出唤醒信号么，唤醒某一个
} finally {
lock.unlock();
}
}
}

　　从代码来看，Condition的使用时和Lock一起的，没有Lock就没法使用Condition，因为Condition是通过Lock来new出来的，这种用法很简单，只要掌握了synchronized和wait、notify的使用，完全可以掌握Lock和Condition的使用。

２. Condition的拔高

2.1 缓冲区的阻塞队列

　　上面使用Lock和Condition来代替synchronized和Object监视器方法实现了两个线程之间的通信，现在再来写个稍微高级点应用：模拟缓冲区的阻塞队列。

什么叫缓冲区呢？举个例子，现在有很多人要发消息，我是中转站，我要帮别人把消息发出去，那么现在我　　就需要做两件事，一件事是接收用户发过来的消息，并按顺序放到缓冲区，另一件事是从缓冲区中按顺序取出用户发过来的消息，并发送出去。

　　现在把这个实际的问题抽象一下：缓冲区即一个数组，我们可以向数组中写入数据，也可以从数组中把数据取走，我要做的两件事就是开启两个线程，一个存数据，一个取数据。但是问题来了，如果缓冲区满了，说明接收的消息太多了，即发送过来的消息太快了，我另一个线程还来不及发完，导致现在缓冲区没地方放了，那么此时就得阻塞存数据这个线程，让其等待；相反，如果我转发的太快，现在缓冲区所有内容都被我发完了，还没有用户发新的消息来，那么此时就得阻塞取数据这个线程。

　　好了，分析完了这个缓冲区的阻塞队列，下面就用Condition技术来实现一下：

class Buffer {
final Lock lock = new ReentrantLock(); //定义一个锁
final Condition notFull = lock.newCondition(); //定义阻塞队列满了的Condition
final Condition notEmpty = lock.newCondition();//定义阻塞队列空了的Condition

final Object[] items = new Object[10]; //为了下面模拟，设置阻塞队列的大小为10，不要设太大

int putptr, takeptr, count; //数组下标，用来标定位置的

//往队列中存数据
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock(); //上锁
try {
while (count == items.length) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被阻塞了，暂时无法存数据！");
notFull.await();    //如果队列满了，那么阻塞存数据这个线程，等待被唤醒
}
//如果没满，按顺序往数组中存
items[putptr] = x;
if (++putptr == items.length) //这是到达数组末端的判断，如果到了，再回到始端
putptr = 0;
++count;    //消息数量
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 存好了值： " + x);
notEmpty.signal(); //好了，现在队列中有数据了，唤醒队列空的那个线程，可以取数据啦
} finally {
lock.unlock(); //放锁
}
}

//从队列中取数据
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock(); //上锁
try {
while (count == 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被阻塞了，暂时无法取数据！");
notEmpty.await();  //如果队列是空，那么阻塞取数据这个线程，等待被唤醒
}
//如果没空，按顺序从数组中取
Object x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) //判断是否到达末端，如果到了，再回到始端
takeptr = 0;
--count; //消息数量
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 取出了值： " + x);
notFull.signal(); //好了，现在队列中有位置了，唤醒队列满的那个线程，可以存数据啦
return x;
} finally {
lock.unlock(); //放锁
}
}
}

　　这个程序很经典，我从官方JDK文档中拿出来的，然后加了注释。程序中定义了两个Condition，分别针对两个线程，等待和唤醒分别用不同的Condition来执行，思路很清晰，程序也很健壮。可以考虑一个问题，为啥要用两个Codition呢？之所以这么设计肯定是有原因的，如果用一个Condition，现在假设队列满了，但是有2个线程A和B同时存数据，那么都进入了睡眠，好，现在另一个线程取走一个了，然后唤醒了其中一个线程A，那么A可以存了，存完后，A又唤醒一个线程，如果B被唤醒了，那就出问题了，因为此时队列是满的，B不能存的，B存的话就会覆盖原来还没被取走的值，就因为使用了一个Condition，存和取都用这个Condition来睡眠和唤醒，就乱了套。到这里，就能体会到这个Condition的用武之地了，现在来测试一下上面的阻塞队列的效果：

public class BoundedBuffer {

public static void main(String[] args) {

Buffer buffer = new Buffer();

for(int i = 0; i < 5; i ++) { //开启5个线程往缓冲区存数据
new Thread(new Runnable() {

@Override
public void run() {
try {
buffer.put(new Random().nextInt(1000)); //随机存数据
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}

for(int i = 0; i < 10; i ++) { //开启10个线程从缓冲区中取数据
new Thread(new Runnable() {

@Override
public void run() {
try {
buffer.take(); //从缓冲区取数据
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
}

　　我故意只开启5个线程存数据，10个线程取数据，就是想让它出现取数据被阻塞的情况发生，看运行的结果：

Thread-5 被阻塞了，暂时无法取数据！

Thread-10 被阻塞了，暂时无法取数据！

Thread-1 存好了值： 755

Thread-0 存好了值： 206

Thread-2 存好了值： 741

Thread-3 存好了值： 381

Thread-14 取出了值： 755

Thread-4 存好了值： 783

Thread-6 取出了值： 206

Thread-7 取出了值： 741

Thread-8 取出了值： 381

Thread-9 取出了值： 783

Thread-5 被阻塞了，暂时无法取数据！

Thread-11 被阻塞了，暂时无法取数据！

Thread-12 被阻塞了，暂时无法取数据！

Thread-10 被阻塞了，暂时无法取数据！

Thread-13 被阻塞了，暂时无法取数据！

　　从结果中可以看出，线程5和10抢先执行，发现队列中没有，于是就被阻塞了，睡在那了，直到队列中有新的值存入才可以取，但是它们两运气不好，存的数据又被其他线程给抢先取走了，哈哈……可以多运行几次。如果想要看到存数据被阻塞，可以将取数据的线程设置少一点，这里我就不设了。

2.2 两个以上线程之间的唤醒

　　还是原来那个题目，现在让三个线程来执行，看一下题目：

有三个线程，子线程1先执行10次，然后子线程2执行10次，然后主线程执行5次，然后再切换到子线程1执行10次，子线程2执行10次，主线程执行5次……如此往返执行50次。

　　如过不用Condition，还真不好弄，但是用Condition来做的话，就非常方便了，原理很简单，定义三个Condition，子线程1执行完唤醒子线程2，子线程2执行完唤醒主线程，主线程执行完唤醒子线程1。唤醒机制和上面那个缓冲区道理差不多，下面看看代码吧，很容易理解。

public class ThreeConditionCommunication {

public static void main(String[] args) {
Business bussiness = new Business();

new Thread(new Runnable() {// 开启一个子线程

@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 50; i++) {

bussiness.sub1(i);
}

}
}).start();

new Thread(new Runnable() {// 开启另一个子线程

@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 50; i++) {

bussiness.sub2(i);
}

}
}).start();

// main方法主线程
for (int i = 1; i <= 50; i++) {

bussiness.main(i);
}
}

static class Business {

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition1 = lock.newCondition(); //Condition是在具体的lock之上的
Condition condition2 = lock.newCondition();
Condition conditionMain = lock.newCondition();

private int bShouldSub = 0;

public void sub1(int i) {
lock.lock();
try {
while (bShouldSub != 0) {
try {
condition1.await(); //用condition来调用await方法
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (int j = 1; j <= 10; j++) {
System.out.println("sub1 thread sequence of " + j
+ ", loop of " + i);
}
bShouldSub = 1;
condition2.signal(); //让线程2执行
} finally {
lock.unlock();
}
}

public void sub2(int i) {
lock.lock();
try {
while (bShouldSub != 1) {
try {
condition2.await(); //用condition来调用await方法
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (int j = 1; j <= 10; j++) {
System.out.println("sub2 thread sequence of " + j
+ ", loop of " + i);
}
bShouldSub = 2;
conditionMain.signal(); //让主线程执行
} finally {
lock.unlock();
}
}

public void main(int i) {
lock.lock();
try {
while (bShouldSub != 2) {
try {
conditionMain.await(); //用condition来调用await方法
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (int j = 1; j <= 5; j++) {
System.out.println("main thread sequence of " + j
+ ", loop of " + i);
}
bShouldSub = 0;
condition1.signal(); //让线程1执行
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}

　　代码看似有点长，但是是假象，逻辑非常简单。关于线程中的Condition技术就总结这么多吧。

　　

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