Java Condition類案例詳解
一 condition 介紹及demo
Condition是在java 1.5中才出現(xiàn)的,它用來(lái)替代傳統(tǒng)的Object的wait()、notify()實(shí)現(xiàn)線程間的協(xié)作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition的await()、signal()這種方式實(shí)現(xiàn)線程間協(xié)作更加安全和高效。因此通常來(lái)說(shuō)比較推薦使用Condition,阻塞隊(duì)列實(shí)際上是使用了Condition來(lái)模擬線程間協(xié)作。
Condition是個(gè)接口,基本的方法就是await()和signal()方法;
Condition依賴于Lock接口,生成一個(gè)Condition的基本代碼是lock.newCondition()
調(diào)用Condition的await()和signal()方法,都必須在lock保護(hù)之內(nèi),就是說(shuō)必須在lock.lock()和lock.unlock之間才可以使用
Conditon中的await()對(duì)應(yīng)Object的wait();
Condition中的signal()對(duì)應(yīng)Object的notify();
Condition中的signalAll()對(duì)應(yīng)Object的notifyAll()。
condition常見(jiàn)例子arrayblockingqueue。下面是demo:
package thread; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * * @author zhangliang * * 2016年4月8日 下午5:48:54 */ public class ConTest { final Lock lock = new ReentrantLock(); final Condition condition = lock.newCondition(); public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub ConTest test = new ConTest(); Producer producer = test.new Producer(); Consumer consumer = test.new Consumer(); consumer.start(); producer.start(); } class Consumer extends Thread{ @Override public void run() { consume(); } private void consume() { try { lock.lock(); System.out.println("我在等一個(gè)新信號(hào)"+this.currentThread().getName()); condition.await(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } finally{ System.out.println("拿到一個(gè)信號(hào)"+this.currentThread().getName()); lock.unlock(); } } } class Producer extends Thread{ @Override public void run() { produce(); } private void produce() { try { lock.lock(); System.out.println("我拿到鎖"+this.currentThread().getName()); condition.signalAll(); System.out.println("我發(fā)出了一個(gè)信號(hào):"+this.currentThread().getName()); } finally{ lock.unlock(); } } } }
運(yùn)行結(jié)果:
Condition的執(zhí)行方式,是當(dāng)在線程Consumer中調(diào)用await方法后,線程Consumer將釋放鎖,并且將自己沉睡,等待喚醒,線程Producer獲取到鎖后,開始做事,完畢后,調(diào)用Condition的signalall方法,喚醒線程Consumer,線程Consumer恢復(fù)執(zhí)行。
以上說(shuō)明Condition是一個(gè)多線程間協(xié)調(diào)通信的工具類,使得某個(gè),或者某些線程一起等待某個(gè)條件(Condition),只有當(dāng)該條件具備( signal 或者 signalAll方法被帶調(diào)用)時(shí) ,這些等待線程才會(huì)被喚醒,從而重新爭(zhēng)奪鎖。
Condition實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者、消費(fèi)者模式:
package thread; import java.util.PriorityQueue; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ConTest2 { private int queueSize = 10; private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize); private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition notFull = lock.newCondition(); private Condition notEmpty = lock.newCondition(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ConTest2 test = new ConTest2(); Producer producer = test.new Producer(); Consumer consumer = test.new Consumer(); producer.start(); consumer.start(); Thread.sleep(0); producer.interrupt(); consumer.interrupt(); } class Consumer extends Thread{ @Override public void run() { consume(); } volatile boolean flag=true; private void consume() { while(flag){ lock.lock(); try { while(queue.isEmpty()){ try { System.out.println("隊(duì)列空,等待數(shù)據(jù)"); notEmpty.await(); } catch (InterruptedException e) { flag =false; } } queue.poll(); //每次移走隊(duì)首元素 notFull.signal(); System.out.println("從隊(duì)列取走一個(gè)元素,隊(duì)列剩余"+queue.size()+"個(gè)元素"); } finally{ lock.unlock(); } } } } class Producer extends Thread{ @Override public void run() { produce(); } volatile boolean flag=true; private void produce() { while(flag){ lock.lock(); try { while(queue.size() == queueSize){ try { System.out.println("隊(duì)列滿,等待有空余空間"); notFull.await(); } catch (InterruptedException e) { flag =false; } } queue.offer(1); //每次插入一個(gè)元素 notEmpty.signal(); System.out.println("向隊(duì)列取中插入一個(gè)元素,隊(duì)列剩余空間:"+(queueSize-queue.size())); } finally{ lock.unlock(); } } } } }
運(yùn)行結(jié)果:
二 Condition接口
condition可以通俗的理解為條件隊(duì)列。當(dāng)一個(gè)線程在調(diào)用了await方法以后,直到線程等待的某個(gè)條件為真的時(shí)候才會(huì)被喚醒。這種方式為線程提供了更加簡(jiǎn)單的等待/通知模式。Condition必須要配合鎖一起使用,因?yàn)閷?duì)共享狀態(tài)變量的訪問(wèn)發(fā)生在多線程環(huán)境下。一個(gè)Condition的實(shí)例必須與一個(gè)Lock綁定,因此Condition一般都是作為L(zhǎng)ock的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
await() :造成當(dāng)前線程在接到信號(hào)或被中斷之前一直處于等待狀態(tài)。
await(long time, TimeUnit unit) :造成當(dāng)前線程在接到信號(hào)、被中斷或到達(dá)指定等待時(shí)間之前一直處于等待狀態(tài)
awaitNanos(long nanosTimeout) :造成當(dāng)前線程在接到信號(hào)、被中斷或到達(dá)指定等待時(shí)間之前一直處于等待狀態(tài)。返回值表示剩余時(shí)間,如果在nanosTimesout之前喚醒,那么返回值 = nanosTimeout - 消耗時(shí)間,如果返回值 <= 0 ,則可以認(rèn)定它已經(jīng)超時(shí)了。
awaitUninterruptibly() :造成當(dāng)前線程在接到信號(hào)之前一直處于等待狀態(tài)。【注意:該方法對(duì)中斷不敏感】。
awaitUntil(Date deadline) :造成當(dāng)前線程在接到信號(hào)、被中斷或到達(dá)指定最后期限之前一直處于等待狀態(tài)。如果沒(méi)有到指定時(shí)間就被通知,則返回true,否則表示到了指定時(shí)間,返回返回false。
signal() :?jiǎn)拘岩粋€(gè)等待線程。該線程從等待方法返回前必須獲得與Condition相關(guān)的鎖。
signal()All :?jiǎn)拘阉械却€程。能夠從等待方法返回的線程必須獲得與Condition相關(guān)的鎖。
三 condition實(shí)現(xiàn)分析:
Condition接口包含了多種await方式和兩個(gè)通知方法
ConditionObject實(shí)現(xiàn)了Condition接口,是AbstractQueuedSynchronizer的內(nèi)部類(因?yàn)镃ondition的操作都需要獲取想關(guān)聯(lián)的鎖)
Reentrantlock的newCondition方法返回與某個(gè)lock實(shí)例相關(guān)的Condition對(duì)象
public abstract class AbstractQueuedLongSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
結(jié)合上面的類圖,我們看到condition實(shí)現(xiàn)是依賴于aqs,而aqs是個(gè)抽象類。里面定義了同步器的基本框架,實(shí)現(xiàn)了基本的結(jié)構(gòu)功能。只留有狀態(tài)條件的維護(hù)由具體同步器根據(jù)具體場(chǎng)景來(lái)定制,如常見(jiàn)的 ReentrantLock 、 RetrantReadWriteLock和CountDownLatch 等等,
3.1 等待隊(duì)列
Condition是AQS的內(nèi)部類。每個(gè)Condition對(duì)象都包含一個(gè)隊(duì)列(等待隊(duì)列)。等待隊(duì)列是一個(gè)FIFO的隊(duì)列,在隊(duì)列中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含了一個(gè)線程引用,該線程就是在Condition對(duì)象上等待的線程,如果一個(gè)線程調(diào)用了Condition.await()方法,那么該線程將會(huì)釋放鎖、構(gòu)造成節(jié)點(diǎn)加入等待隊(duì)列并進(jìn)入等待狀態(tài)。AQS有一個(gè)同步隊(duì)列和多個(gè)等待隊(duì)列,節(jié)點(diǎn)都是Node。等待隊(duì)列的基本結(jié)構(gòu)如下所示。
等待分為首節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用Condition.await()方法,將會(huì)以當(dāng)前線程構(gòu)造節(jié)點(diǎn),并將節(jié)點(diǎn)從尾部加入等待隊(duì)列。新增節(jié)點(diǎn)就是將尾部節(jié)點(diǎn)指向新增的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)引用更新本來(lái)就是在獲取鎖以后的操作,所以不需要CAS保證。同時(shí)也是線程安全的操作。
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L; /** First node of condition queue. */ private transient Node firstWaiter; /** Last node of condition queue. */ private transient Node lastWaiter;
3.2 等待
當(dāng)線程調(diào)用了Condition的await()方法以后。線程就作為隊(duì)列中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)被加入到等待隊(duì)列中去了。同時(shí)會(huì)釋放鎖的擁有。當(dāng)從await方法返回的時(shí)候。當(dāng)前線程一定會(huì)獲取condition相關(guān)聯(lián)的鎖。
如果從隊(duì)列(同步隊(duì)列和等待隊(duì)列)的角度去看await()方法,當(dāng)調(diào)用await()方法時(shí),相當(dāng)于同步隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)(獲取鎖的節(jié)點(diǎn))移動(dòng)到Condition的等待隊(duì)列中。
調(diào)用該方法的線程成功的獲取鎖的線程,也就是同步隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn),該方法會(huì)將當(dāng)前線程構(gòu)造成節(jié)點(diǎn)并加入到等待隊(duì)列中,然后釋放同步狀態(tài),喚醒同步隊(duì)列中的后繼節(jié)點(diǎn),然后當(dāng)前線程會(huì)進(jìn)入等待狀態(tài)。
當(dāng)?shù)却?duì)列中的節(jié)點(diǎn)被喚醒的時(shí)候,則喚醒節(jié)點(diǎn)的線程開始嘗試獲取同步狀態(tài)。如果不是通過(guò) 其他線程調(diào)用Condition.signal()方法喚醒,而是對(duì)等待線程進(jìn)行中斷,則會(huì)拋出InterruptedException異常信息。
我們看一下這個(gè)await的方法,它是AQS的方法,
public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); Node node = addConditionWaiter(); //將當(dāng)前線程包裝下后, //添加到Condition自己維護(hù)的一個(gè)鏈表中。 int savedState = fullyRelease(node);//釋放當(dāng)前線程占有的鎖,從demo中看到, //調(diào)用await前,當(dāng)前線程是占有鎖的 int interruptMode = 0; while (!isOnSyncQueue(node)) {//釋放完畢后,遍歷AQS的隊(duì)列,看當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否在隊(duì)列中, //不在 說(shuō)明它還沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)鎖的資格,所以繼續(xù)將自己沉睡。 //直到它被加入到隊(duì)列中,聰明的你可能猜到了, //沒(méi)有錯(cuò),在singal的時(shí)候加入不就可以了? LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } //被喚醒后,重新開始正式競(jìng)爭(zhēng)鎖,同樣,如果競(jìng)爭(zhēng)不到還是會(huì)將自己沉睡,等待喚醒重新開始競(jìng)爭(zhēng)。 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }
結(jié)合代碼去看,同步隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn) 并不會(huì)直接加入等待隊(duì)列,而是通過(guò)addConditionWaiter把當(dāng)前線程構(gòu)造成一個(gè)新節(jié)點(diǎn)并加入到等待隊(duì)列中。
/** * Adds a new waiter to wait queue. * @return its new wait node */ private Node addConditionWaiter() { Node t = lastWaiter; // If lastWaiter is cancelled, clean out. if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { unlinkCancelledWaiters(); t = lastWaiter; } Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); if (t == null) firstWaiter = node; else t.nextWaiter = node; lastWaiter = node; return node; }
3.3 通知
調(diào)用Condition的signal()方法,將會(huì)喚醒在等待隊(duì)列中等待最長(zhǎng)時(shí)間的節(jié)點(diǎn)(條件隊(duì)列里的首節(jié)點(diǎn)),在喚醒節(jié)點(diǎn)前,會(huì)將節(jié)點(diǎn)移到同步隊(duì)列中。當(dāng)前線程加入到等待隊(duì)列中如圖所示:
回到上面的demo,鎖被釋放后,線程Consumer開始沉睡,這個(gè)時(shí)候線程因?yàn)榫€程Consumer沉睡時(shí),會(huì)喚醒AQS隊(duì)列中的頭結(jié)點(diǎn),所所以線程Producer會(huì)開始競(jìng)爭(zhēng)鎖,并獲取到,執(zhí)行完后線程Producer會(huì)調(diào)用signal方法,“發(fā)出”signal信號(hào),signal方法如下:
public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; //firstWaiter為condition自己維護(hù)的一個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn), //取出第一個(gè)節(jié)點(diǎn)后開始喚醒操作 if (first != null) doSignal(first); }
在調(diào)用signal()方法之前必須先判斷是否獲取到了鎖(isHeldExclusively方法)。接著獲取等待隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn),將其移動(dòng)到同步隊(duì)列并且利用LockSupport喚醒節(jié)點(diǎn)中的線程。
被喚醒的線程將從await方法中的while循環(huán)中退出( while (!isOnSyncQueue(node)) { 方法返回true,節(jié)點(diǎn)已經(jīng)在同步隊(duì)列中)。隨后調(diào)用同步器的acquireQueued()方法加入到同步狀態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中去。成功獲取到競(jìng)爭(zhēng)的線程從先前調(diào)用await方法返回,此時(shí)該線程已經(jīng)成功獲取了鎖。
AQS的同步隊(duì)列與Condition的等待隊(duì)列,兩個(gè)隊(duì)列的作用是不同,事實(shí)上,每個(gè)線程也僅僅會(huì)同時(shí)存在以上兩個(gè)隊(duì)列中的一個(gè),流程是這樣的:
注意:
1.線程producer調(diào)用signal方法,這個(gè)時(shí)候Condition的等待隊(duì)列中只有線程Consumer一個(gè)節(jié)點(diǎn),于是它被取出來(lái),并被加入到AQS的等待隊(duì)列中。 注意,這個(gè)時(shí)候,線程Consumer 并沒(méi)有被喚醒。
2.Sync是AQS的抽象子類,實(shí)現(xiàn)可重入和互斥的大部分功能。在Sync的子類中有FairSync和NonfairSync兩種代表公平鎖策略和非公平鎖策略。Sync lock方法留給子類去實(shí)現(xiàn),NonfairSync的實(shí)現(xiàn):
final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1); }
其中如果一開始獲取鎖成功,是直接設(shè)置當(dāng)前線程。
否則執(zhí)行acquire(1),也就是進(jìn)入aqs等待隊(duì)列。這里不展開細(xì)節(jié)。
可以這樣理解,整個(gè)協(xié)作過(guò)程是靠結(jié)點(diǎn)在AQS的等待隊(duì)列和Condition的等待隊(duì)列中來(lái)回移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的,每個(gè)隊(duì)列的意義不同,Condition作為一個(gè)條件類,很好的自己維護(hù)了一個(gè)等待信號(hào)的隊(duì)列,并在適時(shí)的時(shí)候?qū)⒔Y(jié)點(diǎn)加入到AQS的等待隊(duì)列中來(lái)實(shí)現(xiàn)的喚醒操作
到此這篇關(guān)于Java Condition類案例詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Condition類內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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