Java并發之條件阻塞Condition的示例分析

這篇文章主要為大家展示了“Java并發之條件阻塞Condition的示例分析”，內容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領大家一起研究并學習一下“Java并發之條件阻塞Condition的示例分析”這篇文章吧。

具體如下。

Condition將Object監視器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的對象，以便通過將這些對象與任意Lock實現組合使用，為每個對象提供多個等待 set（wait-set）。其中，Lock 替代了synchronized方法和語句的使用，Condition替代了Object監視器方法的使用。

1. Condition的基本使用

　　由于Condition可以用來替代wait、notify等方法，所以可以對比著之前寫過的線程間通信的代碼來看，再來看一下原來那個問題：

有兩個線程，子線程先執行10次，然后主線程執行5次，然后再切換到子線程執行10，再主線程執行5次……如此往返執行50次。

　　之前用wait和notify來實現的，現在用Condition來改寫一下，代碼如下：

public class ConditionCommunication {
	public static void main(String[] args) {
		Business bussiness = new Business();
		new Thread(new Runnable() {
			// 開啟一個子線程
			@Override
			          public void run() {
				for (int i = 1; i <= 50; i++) {
					bussiness.sub(i);
				}
			}
		}
		).start();
		// main方法主線程
		for (int i = 1; i <= 50; i++) {
			bussiness.main(i);
		}
	}
}
class Business {
	Lock lock = new ReentrantLock();
	Condition condition = lock.newCondition();
	//Condition是在具體的lock之上的
	private Boolean bShouldSub = true;
	public void sub(int i) {
		lock.lock();
		try {
			while (!bShouldSub) {
				try {
					condition.await();
					//用condition來調用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來發出喚醒信號，喚醒某一個
		}
		finally {
			lock.unlock();
		}
	}
	public void main(int i) {
		lock.lock();
		try {
			while (bShouldSub) {
				try {
					condition.await();
					//用condition來調用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來發出喚醒信號么，喚醒某一個
		}
		finally {
			lock.unlock();
		}
	}
}

從代碼來看，Condition的使用時和Lock一起的，沒有Lock就沒法使用Condition，因為Condition是通過Lock來new出來的，這種用法很簡單，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 緩沖區的阻塞隊列

　　上面使用Lock和Condition來代替synchronized和Object監視器方法實現了兩個線程之間的通信，現在再來寫個稍微高級點應用：模擬緩沖區的阻塞隊列。
什么叫緩沖區呢？舉個例子，現在有很多人要發消息，我是中轉站，我要幫別人把消息發出去，那么現在我　　就需要做兩件事，一件事是接收用戶發過來的消息，并按順序放到緩沖區，另一件事是從緩沖區中按順序取出用戶發過來的消息，并發送出去。

　　現在把這個實際的問題抽象一下：緩沖區即一個數組，我們可以向數組中寫入數據，也可以從數組中把數據取走，我要做的兩件事就是開啟兩個線程，一個存數據，一個取數據。但是問題來了，如果緩沖區滿了，說明接收的消息太多了，即發送過來的消息太快了，我另一個線程還來不及發完，導致現在緩沖區沒地方放了，那么此時就得阻塞存數據這個線程，讓其等待；相反，如果我轉發的太快，現在緩沖區所有內容都被我發完了，還沒有用戶發新的消息來，那么此時就得阻塞取數據這個線程。

　　好了，分析完了這個緩沖區的阻塞隊列，下面就用Condition技術來實現一下：

class Buffer {
	final Lock lock = new ReentrantLock();
	//定義一個鎖
	final Condition notFull = lock.newCondition();
	//定義阻塞隊列滿了的Condition
	final Condition notEmpty = lock.newCondition();
	//定義阻塞隊列空了的Condition
	final Object[] items = new Object[10];
	//為了下面模擬，設置阻塞隊列的大小為10，不要設太大
	int putptr, takeptr, count;
	//數組下標，用來標定位置的
	//往隊列中存數據
	public void put(Object x) throws InterruptedException {
		lock.lock();
		//上鎖
		try {
			while (count == items.length) {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被阻塞了，暫時無法存數據！");
				notFull.await();
				//如果隊列滿了，那么阻塞存數據這個線程，等待被喚醒
			}
			//如果沒滿，按順序往數組中存
			items[putptr] = x;
			if (++putptr == items.length) //這是到達數組末端的判斷，如果到了，再回到始端
			putptr = 0;
			++count;
			//消息數量
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 存好了值： " + x);
			notEmpty.signal();
			//好了，現在隊列中有數據了，喚醒隊列空的那個線程，可以取數據啦
		}
		finally {
			lock.unlock();
			//放鎖
		}
	}
	//從隊列中取數據
	public Object take() throws InterruptedException {
		lock.lock();
		//上鎖
		try {
			while (count == 0) {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被阻塞了，暫時無法取數據！");
				notEmpty.await();
				//如果隊列是空，那么阻塞取數據這個線程，等待被喚醒
			}
			//如果沒空，按順序從數組中取
			Object x = items[takeptr];
			if (++takeptr == items.length) //判斷是否到達末端，如果到了，再回到始端
			takeptr = 0;
			--count;
			//消息數量
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 取出了值： " + x);
			notFull.signal();
			//好了，現在隊列中有位置了，喚醒隊列滿的那個線程，可以存數據啦
			return x;
		}
		finally {
			lock.unlock();
			//放鎖
		}
	}
}

這個程序很經典，我從官方JDK文檔中拿出來的，然后加了注釋。程序中定義了兩個Condition，分別針對兩個線程，等待和喚醒分別用不同的Condition來執行，思路很清晰，程序也很健壯。可以考慮一個問題，為啥要用兩個Codition呢？之所以這么設計肯定是有原因的，如果用一個Condition，現在假設隊列滿了，但是有2個線程A和B同時存數據，那么都進入了睡眠，好，現在另一個線程取走一個了，然后喚醒了其中一個線程A，那么A可以存了，存完后，A又喚醒一個線程，如果B被喚醒了，那就出問題了，因為此時隊列是滿的，B不能存的，B存的話就會覆蓋原來還沒被取走的值，就因為使用了一個Condition，存和取都用這個Condition來睡眠和喚醒，就亂了套。到這里，就能體會到這個Condition的用武之地了，現在來測試一下上面的阻塞隊列的效果：

public class BoundedBuffer {
	public static void main(String[] args) {
		Buffer buffer = new Buffer();
		for (int i = 0; i < 5; i ++) {
			//開啟5個線程往緩沖區存數據
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				        public void run() {
					try {
						buffer.put(new Random().nextint(1000));
						//隨機存數據
					}
					catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
			).start();
		}
		for (int i = 0; i < 10; i ++) {
			//開啟10個線程從緩沖區中取數據
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				        public void run() {
					try {
						buffer.take();
						//從緩沖區取數據
					}
					catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
			).start();
		}
	}
}

我故意只開啟5個線程存數據，10個線程取數據，就是想讓它出現取數據被阻塞的情況發生，看運行的結果：

Thread-5 被阻塞了，暫時無法取數據！
Thread-10 被阻塞了，暫時無法取數據！
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，暫時無法取數據！
Thread-11 被阻塞了，暫時無法取數據！
Thread-12 被阻塞了，暫時無法取數據！
Thread-10 被阻塞了，暫時無法取數據！
Thread-13 被阻塞了，暫時無法取數據！

　　從結果中可以看出，線程5和10搶先執行，發現隊列中沒有，于是就被阻塞了，睡在那了，直到隊列中有新的值存入才可以取，但是它們兩運氣不好，存的數據又被其他線程給搶先取走了，哈哈……可以多運行幾次。如果想要看到存數據被阻塞，可以將取數據的線程設置少一點，這里我就不設了。

2.2 兩個以上線程之間的喚醒

　　還是原來那個題目，現在讓三個線程來執行，看一下題目：

有三個線程，子線程1先執行10次，然后子線程2執行10次，然后主線程執行5次，然后再切換到子線程1執行10次，子線程2執行10次，主線程執行5次……如此往返執行50次。

　　如過不用Condition，還真不好弄，但是用Condition來做的話，就非常方便了，原理很簡單，定義三個Condition，子線程1執行完喚醒子線程2，子線程2執行完喚醒主線程，主線程執行完喚醒子線程1。喚醒機制和上面那個緩沖區道理差不多，下面看看代碼吧，很容易理解。

public class ThreeConditionCommunication {
	public static void main(String[] args) {
		Business bussiness = new Business();
		new Thread(new Runnable() {
			// 開啟一個子線程
			@Override
			          public void run() {
				for (int i = 1; i <= 50; i++) {
					bussiness.sub1(i);
				}
			}
		}
		).start();
		new Thread(new Runnable() {
			// 開啟另一個子線程
			@Override
			      public void run() {
				for (int i = 1; i <= 50; i++) {
					bussiness.sub2(i);
				}
			}
		}
		).start();
		// main方法主線程
		for (int i = 1; i <= 50; i++) {
			bussiness.main(i);
		}
	}
	static class Business {
		Lock lock = new ReentrantLock();
		Condition condition1 = lock.newCondition();
		//Condition是在具體的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來調用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();
				//讓線程2執行
			}
			finally {
				lock.unlock();
			}
		}
		public void sub2(int i) {
			lock.lock();
			try {
				while (bShouldSub != 1) {
					try {
						condition2.await();
						//用condition來調用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();
				//讓主線程執行
			}
			finally {
				lock.unlock();
			}
		}
		public void main(int i) {
			lock.lock();
			try {
				while (bShouldSub != 2) {
					try {
						conditionMain.await();
						//用condition來調用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();
				//讓線程1執行
			}
			finally {
				lock.unlock();
			}
		}
	}
}

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