Java并發(fā)之條件阻塞Condition的應(yīng)用代碼示例
本文研究的主要是Java并發(fā)之條件阻塞Condition的應(yīng)用示例代碼，具體如下。
Condition將Object監(jiān)視器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的對(duì)象，以便通過將這些對(duì)象與任意Lock實(shí)現(xiàn)組合使用，為每個(gè)對(duì)象提供多個(gè)等待 set（wait-set）。其中，Lock 替代了synchronized方法和語(yǔ)句的使用，Condition替代了Object監(jiān)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(duì)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(gè)問題：
有兩個(gè)線程，子線程先執(zhí)行10次，然后主線程執(zhí)行5次，然后再切換到子線程執(zhí)行10，再主線程執(zhí)行5次……如此往返執(zhí)行50次。
之前用wait和notify來實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)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(gè)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(diào)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(fā)出喚醒信號(hào)，喚醒某一個(gè)
}
finally {
lock.unlock();
}
}
public void main(int i) {
lock.lock();
try {
while (bShouldSub) {
try {
condition.await();
//用condition來調(diào)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(fā)出喚醒信號(hào)么，喚醒某一個(gè)
}
finally {
lock.unlock();
}
}
}
從代碼來看，Condition的使用時(shí)和Lock一起的，沒有Lock就沒法使用Condition，因?yàn)镃ondition是通過Lock來new出來的，這種用法很簡(jiǎn)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(qū)的阻塞隊(duì)列
上面使用Lock和Condition來代替synchronized和Object監(jiān)視器方法實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)線程之間的通信，現(xiàn)在再來寫個(gè)稍微高級(jí)點(diǎn)應(yīng)用：模擬緩沖區(qū)的阻塞隊(duì)列。
什么叫緩沖區(qū)呢？舉個(gè)例子，現(xiàn)在有很多人要發(fā)消息，我是中轉(zhuǎn)站，我要幫別人把消息發(fā)出去，那么現(xiàn)在我 就需要做兩件事，一件事是接收用戶發(fā)過來的消息，并按順序放到緩沖區(qū)，另一件事是從緩沖區(qū)中按順序取出用戶發(fā)過來的消息，并發(fā)送出去。
現(xiàn)在把這個(gè)實(shí)際的問題抽象一下：緩沖區(qū)即一個(gè)數(shù)組，我們可以向數(shù)組中寫入數(shù)據(jù)，也可以從數(shù)組中把數(shù)據(jù)取走，我要做的兩件事就是開啟兩個(gè)線程，一個(gè)存數(shù)據(jù)，一個(gè)取數(shù)據(jù)。但是問題來了，如果緩沖區(qū)滿了，說明接收的消息太多了，即發(fā)送過來的消息太快了，我另一個(gè)線程還來不及發(fā)完，導(dǎo)致現(xiàn)在緩沖區(qū)沒地方放了，那么此時(shí)就得阻塞存數(shù)據(jù)這個(gè)線程，讓其等待；相反，如果我轉(zhuǎn)發(fā)的太快，現(xiàn)在緩沖區(qū)所有內(nèi)容都被我發(fā)完了，還沒有用戶發(fā)新的消息來，那么此時(shí)就得阻塞取數(shù)據(jù)這個(gè)線程。
好了，分析完了這個(gè)緩沖區(qū)的阻塞隊(duì)列，下面就用Condition技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一下：
class Buffer {
final Lock lock = new ReentrantLock();
//定義一個(gè)鎖
final Condition notFull = lock.newCondition();
//定義阻塞隊(duì)列滿了的Condition
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
//定義阻塞隊(duì)列空了的Condition
final Object[] items = new Object[10];
//為了下面模擬，設(shè)置阻塞隊(duì)列的大小為10，不要設(shè)太大
int putptr, takeptr, count;
//數(shù)組下標(biāo)，用來標(biāo)定位置的
//往隊(duì)列中存數(shù)據(jù)
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(shí)無法存數(shù)據(jù)！");
notFull.await();
//如果隊(duì)列滿了，那么阻塞存數(shù)據(jù)這個(gè)線程，等待被喚醒
}
//如果沒滿，按順序往數(shù)組中存
items[putptr] = x;
if (++putptr == items.length) //這是到達(dá)數(shù)組末端的判斷，如果到了，再回到始端
putptr = 0;
++count;
//消息數(shù)量
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 存好了值： " + x);
notEmpty.signal();
//好了，現(xiàn)在隊(duì)列中有數(shù)據(jù)了，喚醒隊(duì)列空的那個(gè)線程，可以取數(shù)據(jù)啦
}
finally {
lock.unlock();
//放鎖
}
}
//從隊(duì)列中取數(shù)據(jù)
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(shí)無法取數(shù)據(jù)！");
notEmpty.await();
//如果隊(duì)列是空，那么阻塞取數(shù)據(jù)這個(gè)線程，等待被喚醒
}
//如果沒空，按順序從數(shù)組中取
Object x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) //判斷是否到達(dá)末端，如果到了，再回到始端
takeptr = 0;
--count;
//消息數(shù)量
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 取出了值： " + x);
notFull.signal();
//好了，現(xiàn)在隊(duì)列中有位置了，喚醒隊(duì)列滿的那個(gè)線程，可以存數(shù)據(jù)啦
return x;
}
finally {
lock.unlock();
//放鎖
}
}
}
這個(gè)程序很經(jīng)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(gè)Condition，分別針對(duì)兩個(gè)線程，等待和喚醒分別用不同的Condition來執(zhí)行，思路很清晰，程序也很健壯。可以考慮一個(gè)問題，為啥要用兩個(gè)Codition呢？之所以這么設(shè)計(jì)肯定是有原因的，如果用一個(gè)Condition，現(xiàn)在假設(shè)隊(duì)列滿了，但是有2個(gè)線程A和B同時(shí)存數(shù)據(jù)，那么都進(jìn)入了睡眠，好，現(xiàn)在另一個(gè)線程取走一個(gè)了，然后喚醒了其中一個(gè)線程A，那么A可以存了，存完后，A又喚醒一個(gè)線程，如果B被喚醒了，那就出問題了，因?yàn)榇藭r(shí)隊(duì)列是滿的，B不能存的，B存的話就會(huì)覆蓋原來還沒被取走的值，就因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)Condition，存和取都用這個(gè)Condition來睡眠和喚醒，就亂了套。到這里，就能體會(huì)到這個(gè)Condition的用武之地了，現(xiàn)在來測(cè)試一下上面的阻塞隊(duì)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(gè)線程往緩沖區(qū)存數(shù)據(jù)
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
buffer.put(new Random().nextint(1000));
//隨機(jī)存數(shù)據(jù)
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
).start();
}
for (int i = 0; i < 10; i ++) {
//開啟10個(gè)線程從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
buffer.take();
//從緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
).start();
}
}
}
我故意只開啟5個(gè)線程存數(shù)據(jù)，10個(gè)線程取數(shù)據(jù)，就是想讓它出現(xiàn)取數(shù)據(jù)被阻塞的情況發(fā)生，看運(yùn)行的結(jié)果：
Thread-5 被阻塞了，暫時(shí)無法取數(shù)據(jù)！
Thread-10 被阻塞了，暫時(shí)無法取數(shù)據(jù)！
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(shí)無法取數(shù)據(jù)！
Thread-11 被阻塞了，暫時(shí)無法取數(shù)據(jù)！
Thread-12 被阻塞了，暫時(shí)無法取數(shù)據(jù)！
Thread-10 被阻塞了，暫時(shí)無法取數(shù)據(jù)！
Thread-13 被阻塞了，暫時(shí)無法取數(shù)據(jù)！
從結(jié)果中可以看出，線程5和10搶先執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)隊(duì)列中沒有，于是就被阻塞了，睡在那了，直到隊(duì)列中有新的值存入才可以取，但是它們兩運(yùn)氣不好，存的數(shù)據(jù)又被其他線程給搶先取走了，哈哈……可以多運(yùn)行幾次。如果想要看到存數(shù)據(jù)被阻塞，可以將取數(shù)據(jù)的線程設(shè)置少一點(diǎn)，這里我就不設(shè)了。
2.2 兩個(gè)以上線程之間的喚醒
還是原來那個(gè)題目，現(xiàn)在讓三個(gè)線程來執(zhí)行，看一下題目：
有三個(gè)線程，子線程1先執(zhí)行10次，然后子線程2執(zhí)行10次，然后主線程執(zhí)行5次，然后再切換到子線程1執(zhí)行10次，子線程2執(zhí)行10次，主線程執(zhí)行5次……如此往返執(zhí)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(jiǎn)單，定義三個(gè)Condition，子線程1執(zhí)行完喚醒子線程2，子線程2執(zhí)行完喚醒主線程，主線程執(zhí)行完喚醒子線程1。喚醒機(jī)制和上面那個(gè)緩沖區(qū)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(gè)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(gè)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(diào)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(zhí)行
}
finally {
lock.unlock();
}
}
public void sub2(int i) {
lock.lock();
try {
while (bShouldSub != 1) {
try {
condition2.await();
//用condition來調(diào)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(zhí)行
}
finally {
lock.unlock();
}
}
public void main(int i) {
lock.lock();
try {
while (bShouldSub != 2) {
try {
conditionMain.await();
//用condition來調(diào)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(zhí)行
}
finally {
lock.unlock();
}
}
}
}
代碼看似有點(diǎn)長(zhǎng)，但是是假象，邏輯非常簡(jiǎn)單。關(guān)于線程中的Condition技術(shù)就總結(jié)這么多吧。
總結(jié)
以上就是本文關(guān)于Java并發(fā)之條件阻塞Condition的應(yīng)用代碼示例的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站其他相關(guān)專題，如有不足之處，歡迎留言指出。感謝朋友們對(duì)本站的支持！
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