“J.U.C”：Condition (r)

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本文通过一个生产者消费者模型的例子，展示了如何使用Condition解决线程同步问题，确保仓库容量不会超出限制且不会出现负数。

在看Condition之前，我们先来看下面这个例子：

工厂类，用来存放、取出商品：

[java]view plaincopy 
   
print?
 public class Depot {  
     private int depotSize;     //仓库大小  
     private Lock lock;         //独占锁  
       
     public Depot(){  
         depotSize = 0;  
         lock = new ReentrantLock();  
     }  
       
     /** 
      * 商品入库 
      * @param value 
      */  
     public void put(int value){     //生产
         try {  
             lock.lock();  
             depotSize += value;  
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put " + value +" ----> the depotSize: " + depotSize);  
         } finally{  
             lock.unlock();  
         }  
     }  
       
     /** 
      * 商品出库 
      * @param value 
      */  
     public void get(int value){    //消费
         try {  
             lock.lock();  
             depotSize -= value;  
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get " + value +" ----> the depotSize: " + depotSize);  
         } finally{  
             lock.unlock();  
         }  
     }  
 }  

生产者，生产商品，往仓库里面添加商品：

[java]view plaincopy 
   
print?
 public class Producer {  
     private Depot depot;  
       
     public Producer(Depot depot){  
         this.depot = depot;  
     }  
       
     public void produce(final int value){  
         new Thread(){  
             public void run(){  
                 depot.put(value);  
             }  
         }.start();  
     }  
 }  

消费者，消费商品，从仓库里面取出商品：

[java]view plaincopy 
   
print?
 public class Customer {  
     private Depot depot;  
       
     public Customer(Depot depot){  
         this.depot = depot;  
     }  
       
     public void consume(final int value){  
         new Thread(){  
             public void run(){  
                 depot.get(value);  
             }  
         }.start();  
     }  
 }  

测试类：

[java]view plaincopy 
   
print?
 public class Test {  
     public static void main(String[] args) {  
         Depot depot = new Depot();  
           
         Producer producer = new Producer(depot);  
         Customer customer = new Customer(depot);  
           
         producer.produce(10);  
         customer.consume(5);  
         producer.produce(20);  
         producer.produce(5);  
         customer.consume(35);  
     }  
 }  

运行结果：

[java]view plaincopy 
   
print?
 Thread-0 put 10 ----> the depotSize: 10  
 Thread-1 get 5 ----> the depotSize: 5  
 Thread-2 put 20 ----> the depotSize: 25  
 Thread-3 put 5 ----> the depotSize: 30  
 Thread-4 get 35 ----> the depotSize: -5  

程序的运行结果是没有错误的，先put10、然后get5、put20、put5、get35。程序运行结果非常正确，但是在现实生活中，这个实例存在两处错误：

第一：仓库的容量是有限的，我们不可能无限制的往仓库里面添加商品。

第二：仓库的容量是不可能为负数的，但是最后的结果为-5，与现实存在冲突。

针对于上面两处错误，怎么解决？这就轮到Condition大显神通了。

Condition

通过前面几篇博客我们知道Lock提供了比synchronized更加强大、灵活的锁机制，它从某种程度上来说替代了synchronized方式的使用。Condition从字面上面理解就是条件。对于线程而言它为线程提供了一个含义，以便在某种状态（条件Condition）可能为true的另一个线程通知它之前，一直挂起该线程。

对于Condition，JDK API中是这样解释的：

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。

条件（也称为条件队列或条件变量）为线程提供了一个含义，以便在某个状态条件现在可能为 true 的另一个线程通知它之前，一直挂起该线程（即让其“等待”）。因为访问此共享状态信息发生在不同的线程中，所以它必须受保护，因此要将某种形式的锁与该条件相关联。等待提供一个条件的主要属性是：以原子方式释放相关的锁，并挂起当前线程，就像 Object.wait 做的那样。

Condition 实例实质上被绑定到一个锁上。要为特定 Lock 实例获得 Condition 实例，请使用其newCondition() 方法。下面我们通过Condition来解决上面的问题：这里只改仓库Depot的代码：

[html]view plaincopy 
   
print?
 public class Depot {  
     private int depotSize;     //仓库大小  
     private Lock lock;         //独占锁      
     private int capaity;       //仓库容量  
       
     private Condition fullCondition;          
     private Condition emptyCondition;  
       
     public Depot(){  
         this.depotSize = 0;  
         this.lock = new ReentrantLock();  
         this.capaity = 15;  
         this.fullCondition = lock.newCondition();  
         this.emptyCondition = lock.newCondition();  
     }  
       
     /**  
      * 商品入库  
      * @param value  
      */  
     public void put(int value){  
         lock.lock();  
         try {  
             int left = value;  
             while(left > 0){  
                 //库存已满时，“生产者”等待“消费者”消费  
                 while(depotSize >= capaity){  
                     fullCondition.await();  //满了，即是可以放（能够生产）这个条件不满足
                 }  
                 //获取实际入库数量：预计库存（仓库现有库存 + 生产数量） > 仓库容量   ? 仓库容量 - 仓库现有库存     :    生产数量  
                 //                  depotSize   left   capaity  capaity - depotSize     left  
                 int inc = depotSize + left > capaity ? capaity - depotSize : left;   
                 depotSize += inc;  //目前能够生产的商品
                 left -= inc;  
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----要入库数量: " + value +";;实际入库数量：" + inc + ";;仓库货物数量：" + depotSize + ";;没有入库数量：" + left);  
               
                 //通知消费者可以消费了  
                 emptyCondition.signal();  //可以取（消费）这个条件满足了
             }  
         } catch (InterruptedException e) {  
         } finally{  
             lock.unlock();  
         }  
     }  
       
     /**  
      * 商品出库  
      * @param value  
      */  
     public void get(int value){  
         lock.lock();  
         try {  
             int left = value;  
             while(left > 0){  
                 //仓库已空，“消费者”等待“生产者”生产货物  
                 while(depotSize <= 0){  
                     emptyCondition.await();    //是空的，即是能够拿这个条件不满足
                 }  
                 //实际消费      仓库库存数量     < 要消费的数量     ?   仓库库存数量     : 要消费的数量  
                 int dec = depotSize < left ? depotSize : left;  
                 depotSize -= dec;  
                 left -= dec;  
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----要消费的数量：" + value +";;实际消费的数量: " + dec + ";;仓库现存数量：" + depotSize + ";;有多少件商品没有消费：" + left);  
               
                 //通知生产者可以生产了  
                 fullCondition.signal();  //能够存放这个条件满足了
             }  
         } catch (InterruptedException e) {  
             e.printStackTrace();  
         } finally{  
             lock.unlock();  
         }  
     }  
 }  

test:

[java]view plaincopy 
   
print?
 public class Test {  
     public static void main(String[] args) {  
         Depot depot = new Depot();  
           
         Producer producer = new Producer(depot);  
         Customer customer = new Customer(depot);  
           
         producer.produce(10);  
         customer.consume(5);  
         producer.produce(15);  
         customer.consume(10);  
         customer.consume(15);  
         producer.produce(10);  
     }  
 }  

运行结果：

[java]view plaincopy 
   
print?
 Thread-0----要入库数量: 10;;实际入库数量：10;;仓库货物数量：10;;没有入库数量：0  
 Thread-1----要消费的数量：5;;实际消费的数量: 5;;仓库现存数量：5;;有多少件商品没有消费：0  
 Thread-4----要消费的数量：15;;实际消费的数量: 5;;仓库现存数量：0;;有多少件商品没有消费：10  
 Thread-2----要入库数量: 15;;实际入库数量：15;;仓库货物数量：15;;没有入库数量：0  
 Thread-4----要消费的数量：15;;实际消费的数量: 10;;仓库现存数量：5;;有多少件商品没有消费：0  
 Thread-5----要入库数量: 10;;实际入库数量：10;;仓库货物数量：15;;没有入库数量：0  
 Thread-3----要消费的数量：10;;实际消费的数量: 10;;仓库现存数量：5;;有多少件商品没有消费：0  