Java并发控制:ReentrantLock Condition使用详解

发布时间:2017-1-23 4:23:55 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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Java并发控制:ReentrantLock Condition使用详解

生产者-消费者(producer-consumer)问题,也称作有界缓冲区(bounded-buffer)问题,两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。
其中一个是生产者,用于将消息放入缓冲区;另外一个是消费者,用于从缓冲区中取出消息。
问题出现在当缓冲区已经满了,而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情形,其解决方法是让生产者此时进行休眠,等待消费者从缓冲区中取走了一个或者多个数据后再去唤醒它。
同样地,当缓冲区已经空了,而消费者还想去取消息,此时也可以让消费者进行休眠,等待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。

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。

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。

代码:

class BoundedBuffer {
   final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象
   final Condition notFull  = lock.newCondition();//写线程条件 
   final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件 

   final Object[] items = new Object[100];//缓存队列
   int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/;

   public void put(Object x) throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == items.length)//如果队列满了 
         notFull.await();//阻塞写线程
       items[putptr] = x;//赋值 
       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
       ++count;//个数++
       notEmpty.signal();//唤醒读线程
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }

   public Object take() throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == 0)//如果队列为空
         notEmpty.await();//阻塞读线程
       Object x = items[takeptr];//取值 
       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
       --count;//个数--
       notFull.signal();//唤醒写线程
       return x;
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   } 
 }

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,这也是ArrayBlockingQueue的内部实现。

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。

Condition的应用:

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

public class Main {
    static class NumberWrapper {
        public int value = 1;
    }

    public static void main(String[] args)  {
        //初始化可重入锁
        final Lock lock = new ReentrantLock();

        //第一个条件当屏幕上输出到3
        final Condition reachThreeCondition = lock.newCondition();
        //第二个条件当屏幕上输出到6
        final Condition reachSixCondition = lock.newCondition();

        //NumberWrapper只是为了封装一个数字,一边可以将数字对象共享,并可以设置为final
        //注意这里不要用Integer, Integer 是不可变对象
        final NumberWrapper num = new NumberWrapper();
        //初始化A线程
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //需要先获得锁
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println("threadA start write");
                    //A线程先输出前3个数
                    while (num.value <= 3) {
                        System.out.println(num.value);
                        num.value++;
                    }
                    //输出到3时要signal,告诉B线程可以开始了
                    reachThreeCondition.signal();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
                lock.lock();
                try {
                    //等待输出6的条件
                    reachSixCondition.await();
                    System.out.println("threadA start write");
                    //输出剩余数字
                    while (num.value <= 9) {
                        System.out.println(num.value);
                        num.value++;
                    }

                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();

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