线程协作-Condition介绍

上一篇文章里讲了java.util.concurrent.locks 包下的Lock，以及简单使用的例子，这一篇我们要继续介绍java.util.concurrent.locks包下的类文件，它就是Condition

一：源码解读

package java.util.concurrent.locks;

import java.util.concurrent.*;
import java.util.Date;

/**
 * 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
 */
public interface Condition {

	/**
	 * 造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。
	 */
	void await() throws InterruptedException;
	
	/**
     * 造成当前线程在接到信号之前一直处于等待状态。
     */
	void awaitUninterruptibly();

    /**
     * 造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。
     */
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;

    /**
     * 造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。
     */
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    /**
     * 造成当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态。
     */
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;

    /**
     * 唤醒一个等待线程。    
     */
    void signal();

    /**
     * 唤醒所有等待线程。
     */
    void signalAll();
}

说明：通过查看Condition的源码，大致了解到两个要点

它是一个接口
它提供的一系列方法都是用来阻塞或唤醒线程用的。（功能类似Java中Object类的wait()，notify()和notifyAll()方法）

JDK的官方解释如下：

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。

在JDK的源码中，还提供了一个关于Condition示例,示例如下：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class BoundedBuffer {
	//创建锁
	final Lock lock = new ReentrantLock();
	
	final Condition notFull = lock.newCondition();
	final Condition notEmpty = lock.newCondition();
	
	final Object[] items = new Object[100];
	
	int putptr, takeptr, count;
	
	public void put(Object x) throws InterruptedException{
		lock.lock();//加锁
		try{
			while(count == items.length){
				notFull.await(); //造成当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态。
			}
			items[putptr] = x;
			if (++putptr == items.length) putptr = 0;
			++count;
			notEmpty.signal(); //唤醒一个等待线程。
		}finally{
			lock.unlock();//解锁
		}
	}
	
	public Object take() throws InterruptedException{
		lock.lock();//加锁
		try{
			while(count == 0){
				notEmpty.await();
			}
			Object x = items[takeptr];
			if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
			--count;
			notFull.signal();
			return x;
		}finally{
			lock.unlock();//解锁
		}
	}
}

这里使用了ReentrantLock锁和Condition对象给出了有界缓存的实现，即使用Condition，分别为notFull和 notEmpty。当缓存为空时，take将阻塞并等待notEmpty，此时put向notEmpty发送信号，可以解除任何在take中阻塞的线程。

二：实际运用

我们要打印1到9这9个数字，由A线程先打印1，2，3，然后由B线程打印4，5，6，然后再由A线程打印7，8，9. 这道题有很多种解法，现在我们使用Condition来做这道题。

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class PrintDemo {

	//申请锁
	final Lock lock = new ReentrantLock();
	final Condition conditionA = lock.newCondition();
	final Condition conditionB = lock.newCondition();
	
	private String worker = "A"; //默认是A先工作
	private int endNum = 9;
	private int i = 1;
	
	public static void main(String[] args){
		PrintDemo pd = new PrintDemo();
		pd.print();
	}
	
	public void print(){
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				lock.lock();//加锁
				try{
					while(i<endNum){
						while(!worker.equals("A")){
						   conditionA.await(); //如果worker不是A，表示A不需要工作，则处于休眠等待
						}
						System.out.println(i + "--" + Thread.currentThread().getName());
						if(i%3==0){
							worker = "B";
							conditionB.signal();
						}
						i++;
					}
					System.out.println(i + "--" + Thread.currentThread().getName());
				}catch(InterruptedException e){
					e.printStackTrace();
				}finally{
					lock.unlock();//解锁
				}
			}
		}, "threadA").start();
		
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				lock.lock();//加锁
				try{
					while(i<endNum){
						while(!worker.equals("B")){
						   conditionB.await(); //如果worker不是B，表示B不需要工作，则处于休眠等待
						}
						System.out.println(i + "--" + Thread.currentThread().getName());
						if(i%3==0){
							worker = "A";
							conditionA.signal();
						}
						i++;
					}
				}catch(InterruptedException e){
					e.printStackTrace();
				}finally{
					lock.unlock();//解锁
				}
			}
		}, "threadB").start();
	}
}

运行结果：

1--threadA

2--threadA

3--threadA

4--threadB

5--threadB

6--threadB

7--threadA

8--threadA

9--threadA

通过使用Condition，有效了使线程A和线程B进行协作工作，A打印完1、2、3后，B打印4、5、6，然后A再打印7、8、9.其实这里只是简单的使用例子，真正的使用环境并不是打印字母这么简单。

在这里，我想抛出一个问题：为什么一个Lock可以创建两个Condition，它是怎么实现的？