詳解Java併發之Condition

在使用Lock之前，我們使用的最多的同步方式應該是synchronized關鍵字來實現同步方式了。配合Object的wait()、notify()系列方法可以實現等待/通知模式。Condition接口也提供了類似Object的監視器方法，與Lock配合可以實現等待/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。Object和Condition接口的一些對比。摘自《Java併發編程的藝術》

一、Condition接口介紹和示例

        首先我們需要明白condition對象是依賴於lock對象的，意思就是說condition對象需要通過lock對象進行創建出來(調用Lock對象的newCondition()方法)。consition的使用方式非常的簡單。但是需要注意在調用方法前獲取鎖。

  package com.ydl.test.juc;    import java.util.concurrent.ExecutorService;  import java.util.concurrent.Executors;  import java.util.concurrent.locks.Condition;  import java.util.concurrent.locks.Lock;  import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;    public class ConditionUseCase {      public Lock lock = new ReentrantLock();    public Condition condition = lock.newCondition();      public static void main(String[] args) {      ConditionUseCase useCase = new ConditionUseCase();      ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool (2);      executorService.execute(new Runnable() {        @Override        public void run() {          useCase.conditionWait();        }      });      executorService.execute(new Runnable() {        @Override        public void run() {          useCase.conditionSignal();        }      });    }      public void conditionWait() {      lock.lock();      try {        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到鎖了");        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "等待信號");        condition.await();        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到信號");      }catch (Exception e){        }finally {        lock.unlock();      }    }    public void conditionSignal() {      lock.lock();      try {        Thread.sleep(5000);        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到鎖了");        condition.signal();        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "發出信號");      }catch (Exception e){        }finally {        lock.unlock();      }    }    }

pool-1-thread-1拿到鎖了
 pool-1-thread-1等待信號
 pool-1-thread-2拿到鎖了
 pool-1-thread-2發出信號
 pool-1-thread-1拿到信號

如示例所示，一般都會將Condition對象作為成員變量。當調用await()方法後，當前線程會釋放鎖並在此等待，而其他線程調用Condition對象的signal()方法，通知當前線程後，當前線程才從await()方法返回，並且在返回前已經獲取了鎖。

二、Condition接口常用方法

        condition可以通俗的理解為條件隊列。當一個線程在調用了await方法以後，直到線程等待的某個條件為真的時候才會被喚醒。這種方式為線程提供了更加簡單的等待/通知模式。Condition必須要配合鎖一起使用，因為對共享狀態變量的訪問發生在多線程環境下。一個Condition的實例必須與一個Lock綁定，因此Condition一般都是作為Lock的內部實現。

await() ：造成當前線程在接到信號或被中斷之前一直處於等待狀態。

await(long time, TimeUnit unit) ：造成當前線程在接到信號、被中斷或到達指定等待時間之前一直處於等待狀態。

awaitNanos(long nanosTimeout) ：造成當前線程在接到信號、被中斷或到達指定等待時間之前一直處於等待狀態。返回值表示剩餘時間，如果在nanosTimesout之前喚醒，那麼返回值 = nanosTimeout - 消耗時間，如果返回值 <= 0 ,則可以認定它已經超時了。

awaitUninterruptibly() ：造成當前線程在接到信號之前一直處於等待狀態。【注意：該方法對中斷不敏感】。

awaitUntil(Date deadline) ：造成當前線程在接到信號、被中斷或到達指定最後期限之前一直處於等待狀態。如果沒有到指定時間就被通知，則返回true，否則表示到了指定時間，返回返回false。

signal() ：喚醒一個等待線程。該線程從等待方法返回前必須獲得與Condition相關的鎖。

signal()All ：喚醒所有等待線程。能夠從等待方法返回的線程必須獲得與Condition相關的鎖。

三、Condition接口原理簡單解析

        Condition是AQS的內部類。每個Condition對象都包含一個隊列(等待隊列)。等待隊列是一個FIFO的隊列，在隊列中的每個節點都包含了一個線程引用，該線程就是在Condition對象上等待的線程，如果一個線程調用了Condition.await()方法，那麼該線程將會釋放鎖、構造成節點加入等待隊列並進入等待狀態。等待隊列的基本結構如下所示。

等待分為首節點和尾節點。當一個線程調用Condition.await()方法，將會以當前線程構造節點，並將節點從尾部加入等待隊列。新增節點就是將尾部節點指向新增的節點。節點引用更新本來就是在獲取鎖以後的操作，所以不需要CAS保證。同時也是線程安全的操作。

       3.2、等待

當線程調用了await方法以後。線程就作為隊列中的一個節點被加入到等待隊列中去了。同時會釋放鎖的擁有。當從await方法返回的時候。一定會獲取condition相關聯的鎖。當等待隊列中的節點被喚醒的時候，則喚醒節點的線程開始嘗試獲取同步狀態。如果不是通過 其他線程調用Condition.signal()方法喚醒，而是對等待線程進行中斷，則會拋出InterruptedException異常信息。

       3.3、通知

調用Condition的signal()方法，將會喚醒在等待隊列中等待最長時間的節點（條件隊列裡的首節點），在喚醒節點前，會將節點移到同步隊列中。當前線程加入到等待隊列中如圖所示：

在調用signal()方法之前必須先判斷是否獲取到了鎖。接著獲取等待隊列的首節點，將其移動到同步隊列並且利用LockSupport喚醒節點中的線程。節點從等待隊列移動到同步隊列如下圖所示：

被喚醒的線程將從await方法中的while循環中退出。隨後加入到同步狀態的競爭當中去。成功獲取到競爭的線程則會返回到await方法之前的狀態。

四、總結

      調用await方法後，將當前線程加入Condition等待隊列中。當前線程釋放鎖。否則別的線程就無法拿到鎖而發生死鎖。自旋(while)掛起，不斷檢測節點是否在同步隊列中了，如果是則嘗試獲取鎖，否則掛起。當線程被signal方法喚醒，被喚醒的線程將從await()方法中的while循環中退出來，然後調用acquireQueued()方法競爭同步狀態。

五、利用Condition實現生產者消費者模式

  import java.util.LinkedList;  import java.util.concurrent.locks.Condition;  import java.util.concurrent.locks.Lock;  import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;    public class BoundedQueue {      private LinkedListbuffer;  //生產者容器    private int maxSize ;      //容器最大值是多少    private Lock lock;    private Condition fullCondition;    private Condition notFullCondition;    BoundedQueue(int maxSize){      this.maxSize = maxSize;      buffer = new LinkedList();      lock = new ReentrantLock();      fullCondition = lock.newCondition();      notFullCondition = lock.newCondition();    }      /**     * 生產者     * @param obj     * @throws InterruptedException     */    public void put(Object obj) throws InterruptedException {      lock.lock();  //獲取鎖      try {        while (maxSize == buffer.size()){          notFullCondition.await();    //滿了，添加的線程進入等待狀態        }        buffer.add(obj);        fullCondition.signal(); //通知      } finally {        lock.unlock();      }    }      /**     * 消費者     * @return     * @throws InterruptedException     */    public Object get() throws InterruptedException {      Object obj;      lock.lock();      try {        while (buffer.size() == 0){ //隊列中沒有數據了 線程進入等待狀態          fullCondition.await();        }        obj = buffer.poll();        notFullCondition.signal(); //通知      } finally {        lock.unlock();      }      return obj;    }    }