Java多线程4- Lock、Condition

Lock是 java.util.concurrent.locks包下的接口，Lock 实现提供了比使用synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作，它能以更优雅的方式处理线程同步问题，我们拿Java线程(二)中的一个例子简单的实现一下和sychronized一样的效果，代码如下：

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1. publicclassLockTest{
2. publicstaticvoidmain(String[]args){
3. finalOutputter1output=newOutputter1();
4. newThread(){
5. publicvoidrun(){
6. output.output("zhangsan");
7. };
8. }.start();
9. newThread(){
10. publicvoidrun(){
11. output.output("lisi");
12. };
13. }.start();
14. }
15. }
16. classOutputter1{
17. privateLocklock=newReentrantLock();//锁对象
18. publicvoidoutput(Stringname){
19. //TODO线程输出方法
20. lock.lock();//得到锁
21. try{
22. for(inti=0;i<name.length();i++){
23. System.out.print(name.charAt(i));
24. }
25. }finally{
26. lock.unlock();//释放锁
27. }
28. }
29. }

这样就实现了和sychronized一样的同步效果，需要注意的是，用sychronized修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁自动释放，而是用Lock需要我们手动释放锁，所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况)，要把互斥区放在try内，释放锁放在finally内。

如果说这就是Lock，那么它不能成为同步问题更完美的处理方式，下面要介绍的是读写锁(ReadWriteLock)，我们会有一种需求，在对数据进行读写的时候，为了保证数据的一致性和完整性，需要读和写是互斥的，写和写是互斥的，但是读和读是不需要互斥的，这样读和读不互斥性能更高些，来看一下不考虑互斥情况的代码原型：

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1. publicclassReadWriteLockTest{
2. publicstaticvoidmain(String[]args){
3. finalDatadata=newData();
4. for(inti=0;i<3;i++){
5. newThread(newRunnable(){
6. publicvoidrun(){
7. for(intj=0;j<5;j++){
8. data.set(newRandom().nextInt(30));
9. }
10. }
11. }).start();
12. }
13. for(inti=0;i<3;i++){
14. newThread(newRunnable(){
15. publicvoidrun(){
16. for(intj=0;j<5;j++){
17. data.get();
18. }
19. }
20. }).start();
21. }
22. }
23. }
24. classData{
25. privateintdata;//共享数据
26. publicvoidset(intdata){
27. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"准备写入数据");
28. try{
29. Thread.sleep(20);
30. }catch(InterruptedExceptione){
31. e.printStackTrace();
32. }
33. this.data=data;
34. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+this.data);
35. }
36. publicvoidget(){
37. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"准备读取数据");
38. try{
39. Thread.sleep(20);
40. }catch(InterruptedExceptione){
41. e.printStackTrace();
42. }
43. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+this.data);
44. }
45. }

部分输出结果：

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1. Thread-1准备写入数据
2. Thread-3准备读取数据
3. Thread-2准备写入数据
4. Thread-0准备写入数据
5. Thread-4准备读取数据
6. Thread-5准备读取数据
7. Thread-2写入12
8. Thread-4读取12
9. Thread-5读取5
10. Thread-1写入12

我们要实现写入和写入互斥，读取和写入互斥，读取和读取互斥，在set和get方法加入sychronized修饰符：

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1. publicsynchronizedvoidset(intdata){...}
2. publicsynchronizedvoidget(){...}

部分输出结果：

[java] view plain copy print ?

1. Thread-0准备写入数据
2. Thread-0写入9
3. Thread-5准备读取数据
4. Thread-5读取9
5. Thread-5准备读取数据
6. Thread-5读取9
7. Thread-5准备读取数据
8. Thread-5读取9
9. Thread-5准备读取数据
10. Thread-5读取9

我们发现，虽然写入和写入互斥了，读取和写入也互斥了，但是读取和读取之间也互斥了，不能并发执行，效率较低，用读写锁实现代码如下：

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1. classData{
2. privateintdata;//共享数据
3. privateReadWriteLockrwl=newReentrantReadWriteLock();
4. publicvoidset(intdata){
5. rwl.writeLock().lock();//取到写锁
6. try{
7. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"准备写入数据");
8. try{
9. Thread.sleep(20);
10. }catch(InterruptedExceptione){
11. e.printStackTrace();
12. }
13. this.data=data;
14. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"写入"+this.data);
15. }finally{
16. rwl.writeLock().unlock();//释放写锁
17. }
18. }
19. publicvoidget(){
20. rwl.readLock().lock();//取到读锁
21. try{
22. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"准备读取数据");
23. try{
24. Thread.sleep(20);
25. }catch(InterruptedExceptione){
26. e.printStackTrace();
27. }
28. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"读取"+this.data);
29. }finally{
30. rwl.readLock().unlock();//释放读锁
31. }
32. }
33. }

部分输出结果：

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1. Thread-4准备读取数据
2. Thread-3准备读取数据
3. Thread-5准备读取数据
4. Thread-5读取18
5. Thread-4读取18
6. Thread-3读取18
7. Thread-2准备写入数据
8. Thread-2写入6
9. Thread-2准备写入数据
10. Thread-2写入10
11. Thread-1准备写入数据
12. Thread-1写入22
13. Thread-5准备读取数据

从结果可以看出实现了我们的需求，这只是锁的基本用法，锁的机制还需要继续深入学习。

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，代码如下：

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1. publicclassThreadTest2{
2. publicstaticvoidmain(String[]args){
3. finalBusinessbusiness=newBusiness();
4. newThread(newRunnable(){
5. @Override
6. publicvoidrun(){
7. threadExecute(business,"sub");
8. }
9. }).start();
10. threadExecute(business,"main");
11. }
12. publicstaticvoidthreadExecute(Businessbusiness,StringthreadType){
13. for(inti=0;i<100;i++){
14. try{
15. if("main".equals(threadType)){
16. business.main(i);
17. }else{
18. business.sub(i);
19. }
20. }catch(InterruptedExceptione){
21. e.printStackTrace();
22. }
23. }
24. }
25. }
26. classBusiness{
27. privatebooleanbool=true;
28. privateLocklock=newReentrantLock();
29. privateConditioncondition=lock.newCondition();
30. public/*synchronized*/voidmain(intloop)throwsInterruptedException{
31. lock.lock();
32. try{
33. while(bool){
34. condition.await();//this.wait();
35. }
36. for(inti=0;i<100;i++){
37. System.out.println("mainthreadseqof"+i+",loopof"+loop);
38. }
39. bool=true;
40. condition.signal();//this.notify();
41. }finally{
42. lock.unlock();
43. }
44. }
45. public/*synchronized*/voidsub(intloop)throwsInterruptedException{
46. lock.lock();
47. try{
48. while(!bool){
49. condition.await();//this.wait();
50. }
51. for(inti=0;i<10;i++){
52. System.out.println("subthreadseqof"+i+",loopof"+loop);
53. }
54. bool=false;
55. condition.signal();//this.notify();
56. }finally{
57. lock.unlock();
58. }
59. }
60. }

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。

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1. classBoundedBuffer{
2. finalLocklock=newReentrantLock();//锁对象
3. finalConditionnotFull=lock.newCondition();//写线程条件
4. finalConditionnotEmpty=lock.newCondition();//读线程条件
6. finalObject[]items=newObject[100];//缓存队列
7. intputptr/*写索引*/,takeptr/*读索引*/,count/*队列中存在的数据个数*/;
9. publicvoidput(Objectx)throwsInterruptedException{
10. lock.lock();
11. try{
12. while(count==items.length)//如果队列满了
13. notFull.await();//阻塞写线程
14. items[putptr]=x;//赋值
15. 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
16. ++count;//个数++
17. notEmpty.signal();//唤醒读线程
18. }finally{
19. lock.unlock();
20. }
21. }
23. publicObjecttake()throwsInterruptedException{
24. lock.lock();
25. try{
26. while(count==0)//如果队列为空
27. notEmpty.await();//阻塞读线程
28. Objectx=items[takeptr];//取值
29. 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
30. --count;//个数--
31. notFull.signal();//唤醒写线程
32. returnx;
33. }finally{
34. lock.unlock();
35. }
36. }
37. }

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，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。