Condition接口提供了類似Object的監(jiān)視器方法，與Lock配合可以實(shí)現(xiàn)等待/通知模式，但是這兩者在使用方式以及功能特性上還是有差別的
Condition接口詳解
Condition定義了等待/通知兩種類型的方法，當(dāng)前線程調(diào)用這些方法時(shí)，需要提前獲取到Condition對(duì)象關(guān)聯(lián)的鎖。Condition對(duì)象是由Lock對(duì)象（調(diào)用Lock對(duì)象的newCondition()方法）創(chuàng)建出來的，換句話說，Condition是依賴Lock對(duì)象的。
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Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); public void conditionWait() throws InterruptedException { lock.lock(); try { condition.await(); } finally { lock.unlock(); } } public void conditionSignal() throws InterruptedException { lock.lock(); try { condition.signal(); } finally { lock.unlock(); } } |
一般都會(huì)將Condition對(duì)象作為成員變量。當(dāng)調(diào)用await()方法后，當(dāng)前線程會(huì)釋放鎖并在此等待，而其他線程調(diào)用Condition對(duì)象的signal()方法，通知當(dāng)前線程后，當(dāng)前線程才從await()方法返回，并且在返回前已經(jīng)獲取了鎖。
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/** * 當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)直到被通知(signal)或中斷，當(dāng)前線程進(jìn)入后臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)且從await()方法返回 * 其他線程調(diào)用該Condition的signal或者signalAll方法，而當(dāng)前線程被選中喚醒 * 1、其他線程（interrupt）中斷當(dāng)前線程 * 2、如果當(dāng)前等待線程從await方法返回，那么表明當(dāng)前線程已經(jīng)獲取了Condition對(duì)象的鎖 */void await() throws InterruptedException;/** * 當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)直到被通知，對(duì)中斷不響應(yīng) */void awaitUninterruptibly();/** * <pre> {@code * boolean aMethod(long timeout, TimeUnit unit) { * long nanos = unit.toNanos(timeout); * lock.lock(); * try { * while (!conditionBeingWaitedFor()) { * if (nanos <= 0L) * return false; * nanos = theCondition.awaitNanos(nanos); * } * // ... * } finally { * lock.unlock(); * } * }}</pre> * 當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)直到被通知、中斷或超時(shí)。返回值表示剩余時(shí)間，如果在nanosTimeout納秒之前被喚醒，那么返回值就是nanosTimeout-實(shí)際耗時(shí) * 返回值<=0說明超時(shí) * */long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;/** * 當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)直到被通知、中斷或超時(shí)，如果沒有到指定時(shí)間被通知返回true，否則返回false */boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;/** * 喚醒一個(gè)等待在Condition上的線程，該線程從等待方法返回之前必須獲得與Condition相關(guān)聯(lián)的鎖 */void signal(); |
獲取一個(gè)Condition必須通過Lock的newCondition()方法。下面通過一個(gè)有界隊(duì)列的示例來深入了解Condition的使用方式。
有界隊(duì)列是一種特殊的隊(duì)列，當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，隊(duì)列的獲取操作將會(huì)阻塞獲取線程，直到隊(duì)列中有新增元素，當(dāng)隊(duì)列已滿時(shí)，隊(duì)列的插入操作將會(huì)阻塞插入線程，直到隊(duì)列出現(xiàn)“空位”
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public class BoundedQueue<T> { private Object[] items; // 添加的下標(biāo)，刪除的下標(biāo)和數(shù)組當(dāng)前數(shù)量 private int addIndex,removeIndex,count; private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition notEmpty = lock.newCondition(); private Condition notFull = lock.newCondition(); public BoundedQueue(int size){ items = new Object[size]; } /** * 添加一個(gè)元素，如果數(shù)組滿，則添加線程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到有"空位" * @author fuyuwei * 2017年5月21日 下午6:14:55 * @param t * @throws InterruptedException */ public void add(T t) throws InterruptedException{ lock.lock(); try{ while(count == items.length){ notFull.await(); } items[addIndex] = t; if(++addIndex == items.length) addIndex = 0; ++count; notEmpty.signal(); }finally{ lock.unlock(); } } /** * 由頭部刪除一個(gè)元素，如果數(shù)組空，則刪除線程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到有新添加元素 * @author fuyuwei * 2017年5月21日 下午6:20:54 * @return * @throws InterruptedException */ @SuppressWarnings("unchecked") public T remove() throws InterruptedException{ lock.lock(); try{ while(count == 0) notEmpty.await(); Object x = items[removeIndex]; if(++removeIndex == items.length) removeIndex = 0; --count; notFull.signal(); return (T)x; }finally{ lock.unlock(); } }} |
首先需要獲得鎖，目的是確保數(shù)組修改的可見性和排他性。當(dāng)數(shù)組數(shù)量等于數(shù)組長(zhǎng)度時(shí)，表示數(shù)組已滿，則調(diào)用notFull.await()，當(dāng)前線程隨之釋放鎖并進(jìn)入等待狀態(tài)。如果數(shù)組數(shù)量不等于數(shù)組長(zhǎng)度，表示數(shù)組未滿，則添加元素到數(shù)組中，同時(shí)通知等待在notEmpty上的線程，數(shù)組中已經(jīng)有新元素可以獲取。
在添加和刪除方法中使用while循環(huán)而非if判斷，目的是防止過早或意外的通知，只有條件符合才能夠退出循環(huán)。回想之前提到的等待/通知的經(jīng)典范式，二者是非常類似的
Condition原理分析
ConditionObject是同步器AbstractQueuedSynchronizer的內(nèi)部類，因?yàn)镃ondition的操作需要獲取相關(guān)聯(lián)的鎖，所以作為同步器的內(nèi)部類也較為合理。每個(gè)Condition對(duì)象都包含著一個(gè)隊(duì)列，該隊(duì)列是Condition對(duì)象實(shí)現(xiàn)等待/通知功能的關(guān)鍵。下面將分析Condition的實(shí)現(xiàn)，主要包括：等待隊(duì)列、等待和通知
等待隊(duì)列
等待隊(duì)列是一個(gè)FIFO的隊(duì)列，在隊(duì)列中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含了一個(gè)線程引用，該線程就是在Condition對(duì)象上等待的線程，如果一個(gè)線程調(diào)用了Condition.await()方法，那么該線程將會(huì)釋放鎖、構(gòu)造成節(jié)點(diǎn)加入等待隊(duì)列并進(jìn)入等待狀態(tài)
一個(gè)Condition包含一個(gè)等待隊(duì)列，Condition擁有首節(jié)點(diǎn)（firstWaiter）和尾節(jié)點(diǎn)（lastWaiter）。當(dāng)前線程調(diào)用Condition.await()方法，將會(huì)以當(dāng)前線程構(gòu)造節(jié)點(diǎn)，并將節(jié)點(diǎn)從尾部加入等待隊(duì)列，等待隊(duì)列的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示
如圖所示，Condition擁有首尾節(jié)點(diǎn)的引用，而新增節(jié)點(diǎn)只需要將原有的尾節(jié)點(diǎn)nextWaiter指向它，并且更新尾節(jié)點(diǎn)即可。上述節(jié)點(diǎn)引用更新的過程并沒有使用CAS保證，原因在于調(diào)用await()方法的線程必定是獲取了鎖的線程，也就是說該過程是由鎖來保證線程安全的。在Object的監(jiān)視器模型上，一個(gè)對(duì)象擁有一個(gè)同步隊(duì)列和等待隊(duì)列，而并發(fā)包中的Lock（更確切地說是同步器）擁有一個(gè)同步隊(duì)列和多個(gè)等待隊(duì)列，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示
等待
調(diào)用Condition的await()方法（或者以await開頭的方法），會(huì)使當(dāng)前線程進(jìn)入等待隊(duì)列并釋放鎖，同時(shí)線程狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)。當(dāng)從await()方法返回時(shí)，當(dāng)前線程一定獲取了Condition相關(guān)聯(lián)的鎖。
如果從隊(duì)列（同步隊(duì)列和等待隊(duì)列）的角度看await()方法，當(dāng)調(diào)用await()方法時(shí)，相當(dāng)于同步隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)（獲取了鎖的節(jié)點(diǎn)）移動(dòng)到Condition的等待隊(duì)列中
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public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 當(dāng)前線程加入等待隊(duì)列 Node node = addConditionWaiter(); // 釋放同步狀態(tài)，也就是釋放鎖 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; while (!isOnSyncQueue(node)) { LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); } |
調(diào)用該方法的線程成功獲取了鎖的線程，也就是同步隊(duì)列中的首節(jié)點(diǎn)，該方法會(huì)將當(dāng)前線程構(gòu)造成節(jié)點(diǎn)并加入等待隊(duì)列中，然后釋放同步狀態(tài)，喚醒同步隊(duì)列中的后繼節(jié)點(diǎn)，然后當(dāng)前線程會(huì)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)?shù)却?duì)列中的節(jié)點(diǎn)被喚醒，則喚醒節(jié)點(diǎn)的線程開始嘗試獲取同步狀態(tài)。如果不是通過其他線程調(diào)用Condition.signal()方法喚醒，而是對(duì)等待線程進(jìn)行中斷，則會(huì)拋出InterruptedException
通知
調(diào)用Condition的signal()方法，將會(huì)喚醒在等待隊(duì)列中等待時(shí)間最長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)（首節(jié)點(diǎn)），在喚醒節(jié)點(diǎn)之前，會(huì)將節(jié)點(diǎn)移到同步隊(duì)列中
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public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first); } |
調(diào)用該方法的前置條件是當(dāng)前線程必須獲取了鎖，可以看到signal()方法進(jìn)行了isHeldExclusively()檢查，也就是當(dāng)前線程必須是獲取了鎖的線程。接著獲取等待隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)，將其移動(dòng)到同步隊(duì)列并使用LockSupport喚醒節(jié)點(diǎn)中的線程
節(jié)點(diǎn)從等待隊(duì)列移動(dòng)到同步隊(duì)列的過程如下圖所示
通過調(diào)用同步器的enq(Node node)方法，等待隊(duì)列中的頭節(jié)點(diǎn)線程安全地移動(dòng)到同步隊(duì)列。當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到同步隊(duì)列后，當(dāng)前線程再使用LockSupport喚醒該節(jié)點(diǎn)的線程。
被喚醒后的線程，將從await()方法中的while循環(huán)中退出（isOnSyncQueue(Node node)方法返回true，節(jié)點(diǎn)已經(jīng)在同步隊(duì)列中），進(jìn)而調(diào)用同步器的acquireQueued()方法加入到獲取同步狀態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)中。
成功獲取同步狀態(tài)（或者說鎖）之后，被喚醒的線程將從先前調(diào)用的await()方法返回，此時(shí)該線程已經(jīng)成功地獲取了鎖。
Condition的signalAll()方法，相當(dāng)于對(duì)等待隊(duì)列中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均執(zhí)行一次signal()方法，效果就是將等待隊(duì)列中所有節(jié)點(diǎn)全部移動(dòng)到同步隊(duì)列中，并喚醒每個(gè)節(jié)點(diǎn)的線程。
以上這篇Java多線程Condition接口原理介紹就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持服務(wù)器之家。
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