Java 的 Condition 接口與等待通知機(jī)制詳解
一、引言
在 Java 并發(fā)編程里，實(shí)現(xiàn)線程間的協(xié)作與同步是極為關(guān)鍵的任務(wù)。除了使用 Object 類的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的等待 - 通知機(jī)制外，Java 還提供了 Condition 接口，它與 ReentrantLock 配合使用，能實(shí)現(xiàn)更靈活、更精細(xì)的線程間通信。本文將深入探究 Condition 接口及其背后的等待通知機(jī)制。
二、Condition 接口概述
2.1 基本概念
Condition 接口位于 java.util.concurrent.locks 包中，它提供了類似 Object 類的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法的功能，但 Condition 更為強(qiáng)大和靈活。Condition 實(shí)例是通過(guò) Lock 對(duì)象的 newCondition() 方法創(chuàng)建的，每個(gè) Lock 對(duì)象可以創(chuàng)建多個(gè) Condition 實(shí)例，這使得我們可以針對(duì)不同的條件進(jìn)行線程的等待和喚醒操作。
2.2 與 Object 類等待通知方法的區(qū)別
- 關(guān)聯(lián)對(duì)象不同：
Object類的wait()、notify()和notifyAll()方法必須在synchronized塊或方法中使用，它們關(guān)聯(lián)的是對(duì)象的內(nèi)部鎖；而Condition接口的方法（如await()、signal()和signalAll()）必須與Lock對(duì)象配合使用，關(guān)聯(lián)的是Lock對(duì)象。 - 靈活性不同：
Condition可以創(chuàng)建多個(gè)等待隊(duì)列，允許更細(xì)粒度的線程控制。例如，一個(gè)線程可以等待某個(gè)特定的條件，而另一個(gè)線程可以喚醒等待該條件的線程，而Object類的等待通知方法只能操作一個(gè)隱含的等待隊(duì)列。
三、Condition 接口的常用方法
3.1 await () 方法
await() 方法會(huì)使當(dāng)前線程進(jìn)入等待狀態(tài)，直到其他線程調(diào)用該 Condition 的 signal() 或 signalAll() 方法，或者當(dāng)前線程被中斷。調(diào)用 await() 方法時(shí)，當(dāng)前線程會(huì)釋放持有的 Lock，在被喚醒后，會(huì)重新獲取該 Lock。示例代碼如下：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class AwaitExample {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition condition = lock.newCondition();
public void awaitMethod() {
lock.lock();
try {
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is waiting.");
condition.await();
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is awakened.");
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}3.2 signal () 方法
signal() 方法會(huì)喚醒在該 Condition 上等待的單個(gè)線程。如果有多個(gè)線程在等待，只會(huì)喚醒其中一個(gè)線程，具體喚醒哪個(gè)線程是不確定的。示例代碼如下：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SignalExample {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition condition = lock.newCondition();
public void signalMethod() {
lock.lock();
try {
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is signaling.");
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}3.3 signalAll () 方法
signalAll() 方法會(huì)喚醒在該 Condition 上等待的所有線程。被喚醒的線程會(huì)競(jìng)爭(zhēng)獲取 Lock，獲取到 Lock 的線程將繼續(xù)執(zhí)行。示例代碼如下：
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SignalAllExample {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition condition = lock.newCondition();
public void signalAllMethod() {
lock.lock();
try {
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is signaling all.");
condition.signalAll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}四、Condition 接口的應(yīng)用場(chǎng)景
4.1 生產(chǎn)者 - 消費(fèi)者模式
使用 Condition 接口可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的生產(chǎn)者 - 消費(fèi)者模式。例如，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，生產(chǎn)者線程等待；當(dāng)緩沖區(qū)為空時(shí)，消費(fèi)者線程等待。示例代碼如下：
import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class Buffer {
private final LinkedList<Integer> buffer = new LinkedList<>();
private static final int MAX_SIZE = 5;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition notFull = lock.newCondition();
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
public void produce(int item) {
lock.lock();
try {
while (buffer.size() == MAX_SIZE) {
System.out.println("Buffer is full, producer is waiting.");
notFull.await();
}
buffer.add(item);
System.out.println("Produced: " + item);
notEmpty.signal();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public int consume() {
lock.lock();
try {
while (buffer.size() == 0) {
System.out.println("Buffer is empty, consumer is waiting.");
notEmpty.await();
}
int item = buffer.removeFirst();
System.out.println("Consumed: " + item);
notFull.signal();
return item;
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
return -1;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
public class ProducerConsumerWithCondition {
public static void main(String[] args) {
Buffer buffer = new Buffer();
Thread producer = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
buffer.produce(i);
}
});
Thread consumer = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
buffer.consume();
}
});
producer.start();
consumer.start();
}
}4.2 多線程任務(wù)協(xié)調(diào)
在一些多線程任務(wù)中，需要根據(jù)不同的條件來(lái)協(xié)調(diào)線程的執(zhí)行順序。例如，一個(gè)線程需要等待其他幾個(gè)線程完成特定任務(wù)后才能繼續(xù)執(zhí)行，這時(shí)可以使用 Condition 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。
五、Condition 接口的實(shí)現(xiàn)原理
Condition 接口的實(shí)現(xiàn)通常依賴于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）。每個(gè) Condition 實(shí)例都有一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的等待隊(duì)列，當(dāng)線程調(diào)用 await() 方法時(shí)，會(huì)將該線程封裝成一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入到等待隊(duì)列中，并釋放持有的 Lock。當(dāng)其他線程調(diào)用 signal() 或 signalAll() 方法時(shí)，會(huì)從等待隊(duì)列中移除相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，并將其加入到 Lock 的同步隊(duì)列中，等待獲取 Lock。
六、使用 Condition 接口的注意事項(xiàng)
6.1 鎖的獲取和釋放
在調(diào)用 Condition 接口的方法之前，必須先獲取關(guān)聯(lián)的 Lock，并且在使用完后要確保釋放 Lock，通常使用 try - finally 塊來(lái)保證這一點(diǎn)。
6.2 中斷處理
await() 方法會(huì)拋出 InterruptedException 異常，因此需要在代碼中進(jìn)行適當(dāng)?shù)漠惓Ｌ幚?，以確保線程在被中斷時(shí)能夠正確響應(yīng)。
6.3 條件判斷
在調(diào)用 await() 方法時(shí)，通常需要使用 while 循環(huán)來(lái)進(jìn)行條件判斷，而不是 if 語(yǔ)句。這是因?yàn)樵诙嗑€程環(huán)境下，線程被喚醒后可能會(huì)出現(xiàn)虛假喚醒的情況，使用 while 循環(huán)可以確保條件仍然滿足。
七、總結(jié)
Condition 接口為 Java 并發(fā)編程提供了一種強(qiáng)大而靈活的線程間等待通知機(jī)制。通過(guò)與 ReentrantLock 配合使用，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、更精細(xì)的線程同步和協(xié)作。在實(shí)際開發(fā)中，根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求合理使用 Condition 接口，能夠提高程序的并發(fā)性能和可靠性。同時(shí)，需要注意鎖的獲取和釋放、中斷處理以及條件判斷等問(wèn)題，以避免出現(xiàn)并發(fā)問(wèn)題。
到此這篇關(guān)于探究 Java 的 Condition 接口與等待通知機(jī)制的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java condition 等待通知機(jī)制內(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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