Condition-线程通信更高效的方式

最新推荐文章于 2020-12-29 06:58:27 发布

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本文介绍Java中使用Condition进行线程通信的方法，包括如何利用Condition替代传统的Object监视器方法，实现更高效的线程间协作。

Lock可以更好的解决线程同步问题，使之更面向对象，并且ReadWriteLock在处理同步时更强大，那么同样，线程间仅仅互斥是不够的，还需要通信，本篇的内容是基于上篇之上，使用Lock如何处理线程通信。

那么引入本篇的主角，Condition，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。下面将之前写过的一个线程通信的例子替换成用Condition实现(Java线程(三))，代码如下：

[java]view plaincopy 
   
print?
 public class ThreadTest2 {  
     public static void main(String[] args) {  
         final Business business = new Business();  
         new Thread(new Runnable() {  
             @Override  
             public void run() {  
                 threadExecute(business, "sub");  
             }  
         }).start();  
         threadExecute(business, "main");  
     }     
     public static void threadExecute(Business business, String threadType) {  
         for(int i = 0; i < 100; i++) {  
             try {  
                 if("main".equals(threadType)) {  
                     business.main(i);  
                 } else {  
                     business.sub(i);  
                 }  
             } catch (InterruptedException e) {  
                 e.printStackTrace();  
             }  
         }  
     }  
 }  
 class Business {  
     private boolean bool = true;  
     private Lock lock = new ReentrantLock();  
     private Condition condition = lock.newCondition();   
     public /*synchronized*/ void main(int loop) throws InterruptedException {  
         lock.lock();  
         try {  
             while(bool) {                 
                 condition.await();//this.wait();  
             }  
             for(int i = 0; i < 100; i++) {  
                 System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
             }  
             bool = true;  
             condition.signal();//this.notify();  
         } finally {  
             lock.unlock();  
         }  
     }     
     public /*synchronized*/ void sub(int loop) throws InterruptedException {  
         lock.lock();  
         try {  
             while(!bool) {  
                 condition.await();//this.wait();  
             }  
             for(int i = 0; i < 10; i++) {  
                 System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
             }  
             bool = false;  
             condition.signal();//this.notify();  
         } finally {  
             lock.unlock();  
         }  
     }  
 }  

在Condition中，用await()替换wait()，用signal()替换notify()，用signalAll()替换notifyAll()，传统线程的通信方式，Condition都可以实现，这里注意，Condition是被绑定到Lock上的，要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。

这样看来，Condition和传统的线程通信没什么区别，Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition，下面引入API中的一段代码，加以说明。

[java]view plaincopy 
   
print?
 class BoundedBuffer {  
    final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象  
    final Condition notFull  = lock.newCondition();//写线程条件   
    final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件   
   
    final Object[] items = new Object[100];//缓存队列  
    int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/;  
   
    public void put(Object x) throws InterruptedException {  
      lock.lock();  
      try {  
        while (count == items.length)//如果队列满了   
          notFull.await();//阻塞写线程  
        items[putptr] = x;//赋值   
        if (++putptr == items.length) putptr = 0;//如果写索引写到队列的最后一个位置了，那么置为0  
        ++count;//个数++  
        notEmpty.signal();//唤醒读线程  
      } finally {  
        lock.unlock();  
      }  
    }  
   
    public Object take() throws InterruptedException {  
      lock.lock();  
      try {  
        while (count == 0)//如果队列为空  
          notEmpty.await();//阻塞读线程  
        Object x = items[takeptr];//取值   
        if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//如果读索引读到队列的最后一个位置了，那么置为0  
        --count;//个数--  
        notFull.signal();//唤醒写线程  
        return x;  
      } finally {  
        lock.unlock();  
      }  
    }   
  }  

这是一个处于多线程工作环境下的缓存区，缓存区提供了两个方法，put和take，put是存数据，take是取数据，内部有个缓存队列，具体变量和方法说明见代码，这个缓存区类实现的功能：有多个线程往里面存数据和从里面取数据，其缓存队列(先进先出后进后出)能缓存的最大数值是100，多个线程间是互斥的，当缓存队列中存储的值达到100时，将写线程阻塞，并唤醒读线程，当缓存队列中存储的值为0时，将读线程阻塞，并唤醒写线程，这也是ArrayBlockingQueue的内部实现。下面分析一下代码的执行过程：

1. 一个写线程执行，调用put方法；

2. 判断count是否为100，显然没有100；

3. 继续执行，存入值；

4. 判断当前写入的索引位置++后，是否和100相等，相等将写入索引值变为0，并将count+1；

5. 仅唤醒读线程阻塞队列中的一个；

6. 一个读线程执行，调用take方法；

7. ……

8. 仅唤醒写线程阻塞队列中的一个。

这就是多个Condition的强大之处，假设缓存队列中已经存满，那么阻塞的肯定是写线程，唤醒的肯定是读线程，相反，阻塞的肯定是读线程，唤醒的肯定是写线程，那么假设只有一个Condition会有什么效果呢，缓存队列中已经存满，这个Lock不知道唤醒的是读线程还是写线程了，如果唤醒的是读线程，皆大欢喜，如果唤醒的是写线程，那么线程刚被唤醒，又被阻塞了，这时又去唤醒，这样就浪费了很多时间。