Condition接口提供了類似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
Condition接口詳解
Condition定義了等待/通知兩種類型的方法，當前線程調用這些方法時，需要提前獲取到Condition對象關聯的鎖。Condition對象是由Lock對象（調用Lock對象的newCondition()方法）創建出來的，換句話說，Condition是依賴Lock對象的。
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Lock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); public void conditionWait() throws InterruptedException { lock.lock(); try { condition.await(); } finally { lock.unlock(); } } public void conditionSignal() throws InterruptedException { lock.lock(); try { condition.signal(); } finally { lock.unlock(); } } |
一般都會將Condition對象作為成員變量。當調用await()方法后，當前線程會釋放鎖并在此等待，而其他線程調用Condition對象的signal()方法，通知當前線程后，當前線程才從await()方法返回，并且在返回前已經獲取了鎖。
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/** * 當前線程進入等待狀態直到被通知(signal)或中斷，當前線程進入后臺運行狀態且從await()方法返回 * 其他線程調用該Condition的signal或者signalAll方法，而當前線程被選中喚醒 * 1、其他線程（interrupt）中斷當前線程 * 2、如果當前等待線程從await方法返回，那么表明當前線程已經獲取了Condition對象的鎖 */void await() throws InterruptedException;/** * 當前線程進入等待狀態直到被通知，對中斷不響應 */void awaitUninterruptibly();/** * <pre> {@code * boolean aMethod(long timeout, TimeUnit unit) { * long nanos = unit.toNanos(timeout); * lock.lock(); * try { * while (!conditionBeingWaitedFor()) { * if (nanos <= 0L) * return false; * nanos = theCondition.awaitNanos(nanos); * } * // ... * } finally { * lock.unlock(); * } * }}</pre> * 當前線程進入等待狀態直到被通知、中斷或超時。返回值表示剩余時間，如果在nanosTimeout納秒之前被喚醒，那么返回值就是nanosTimeout-實際耗時 * 返回值<=0說明超時 * */long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;/** * 當前線程進入等待狀態直到被通知、中斷或超時，如果沒有到指定時間被通知返回true，否則返回false */boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;/** * 喚醒一個等待在Condition上的線程，該線程從等待方法返回之前必須獲得與Condition相關聯的鎖 */void signal(); |
獲取一個Condition必須通過Lock的newCondition()方法。下面通過一個有界隊列的示例來深入了解Condition的使用方式。
有界隊列是一種特殊的隊列，當隊列為空時，隊列的獲取操作將會阻塞獲取線程，直到隊列中有新增元素，當隊列已滿時，隊列的插入操作將會阻塞插入線程，直到隊列出現“空位”
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public class BoundedQueue<T> { private Object[] items; // 添加的下標，刪除的下標和數組當前數量 private int addIndex,removeIndex,count; private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition notEmpty = lock.newCondition(); private Condition notFull = lock.newCondition(); public BoundedQueue(int size){ items = new Object[size]; } /** * 添加一個元素，如果數組滿，則添加線程進入等待狀態，直到有"空位" * @author fuyuwei * 2017年5月21日 下午6:14:55 * @param t * @throws InterruptedException */ public void add(T t) throws InterruptedException{ lock.lock(); try{ while(count == items.length){ notFull.await(); } items[addIndex] = t; if(++addIndex == items.length) addIndex = 0; ++count; notEmpty.signal(); }finally{ lock.unlock(); } } /** * 由頭部刪除一個元素，如果數組空，則刪除線程進入等待狀態，直到有新添加元素 * @author fuyuwei * 2017年5月21日 下午6:20:54 * @return * @throws InterruptedException */ @SuppressWarnings("unchecked") public T remove() throws InterruptedException{ lock.lock(); try{ while(count == 0) notEmpty.await(); Object x = items[removeIndex]; if(++removeIndex == items.length) removeIndex = 0; --count; notFull.signal(); return (T)x; }finally{ lock.unlock(); } }} |
首先需要獲得鎖，目的是確保數組修改的可見性和排他性。當數組數量等于數組長度時，表示數組已滿，則調用notFull.await()，當前線程隨之釋放鎖并進入等待狀態。如果數組數量不等于數組長度，表示數組未滿，則添加元素到數組中，同時通知等待在notEmpty上的線程，數組中已經有新元素可以獲取。
在添加和刪除方法中使用while循環而非if判斷，目的是防止過早或意外的通知，只有條件符合才能夠退出循環。回想之前提到的等待/通知的經典范式，二者是非常類似的
Condition原理分析
ConditionObject是同步器AbstractQueuedSynchronizer的內部類，因為Condition的操作需要獲取相關聯的鎖，所以作為同步器的內部類也較為合理。每個Condition對象都包含著一個隊列，該隊列是Condition對象實現等待/通知功能的關鍵。下面將分析Condition的實現，主要包括：等待隊列、等待和通知
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，那么該線程將會釋放鎖、構造成節點加入等待隊列并進入等待狀態
一個Condition包含一個等待隊列，Condition擁有首節點（firstWaiter）和尾節點（lastWaiter）。當前線程調用Condition.await()方法，將會以當前線程構造節點，并將節點從尾部加入等待隊列，等待隊列的基本結構如下圖所示
如圖所示，Condition擁有首尾節點的引用，而新增節點只需要將原有的尾節點nextWaiter指向它，并且更新尾節點即可。上述節點引用更新的過程并沒有使用CAS保證，原因在于調用await()方法的線程必定是獲取了鎖的線程，也就是說該過程是由鎖來保證線程安全的。在Object的監視器模型上，一個對象擁有一個同步隊列和等待隊列，而并發包中的Lock（更確切地說是同步器）擁有一個同步隊列和多個等待隊列，其對應關系如下圖所示
等待
調用Condition的await()方法（或者以await開頭的方法），會使當前線程進入等待隊列并釋放鎖，同時線程狀態變為等待狀態。當從await()方法返回時，當前線程一定獲取了Condition相關聯的鎖。
如果從隊列（同步隊列和等待隊列）的角度看await()方法，當調用await()方法時，相當于同步隊列的首節點（獲取了鎖的節點）移動到Condition的等待隊列中
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public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 當前線程加入等待隊列 Node node = addConditionWaiter(); // 釋放同步狀態，也就是釋放鎖 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; while (!isOnSyncQueue(node)) { LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); } |
調用該方法的線程成功獲取了鎖的線程，也就是同步隊列中的首節點，該方法會將當前線程構造成節點并加入等待隊列中，然后釋放同步狀態，喚醒同步隊列中的后繼節點，然后當前線程會進入等待狀態。當等待隊列中的節點被喚醒，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
通知
調用Condition的signal()方法，將會喚醒在等待隊列中等待時間最長的節點（首節點），在喚醒節點之前，會將節點移到同步隊列中
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public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignal(first); } |
調用該方法的前置條件是當前線程必須獲取了鎖，可以看到signal()方法進行了isHeldExclusively()檢查，也就是當前線程必須是獲取了鎖的線程。接著獲取等待隊列的首節點，將其移動到同步隊列并使用LockSupport喚醒節點中的線程
節點從等待隊列移動到同步隊列的過程如下圖所示
通過調用同步器的enq(Node node)方法，等待隊列中的頭節點線程安全地移動到同步隊列。當節點移動到同步隊列后，當前線程再使用LockSupport喚醒該節點的線程。
被喚醒后的線程，將從await()方法中的while循環中退出（isOnSyncQueue(Node node)方法返回true，節點已經在同步隊列中），進而調用同步器的acquireQueued()方法加入到獲取同步狀態的競爭中。
成功獲取同步狀態（或者說鎖）之后，被喚醒的線程將從先前調用的await()方法返回，此時該線程已經成功地獲取了鎖。
Condition的signalAll()方法，相當于對等待隊列中的每個節點均執行一次signal()方法，效果就是將等待隊列中所有節點全部移動到同步隊列中，并喚醒每個節點的線程。
以上這篇Java多線程Condition接口原理介紹就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持服務器之家。
原文鏈接：https://blog.csdn.net/fuyuwei2015/article/details/72602182
