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java中Condition接口原理及实现

07-03 17:47 361浏览
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Condition是在java 1.5中才出现的,它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作,相比Object的wait()、notify(),使用Condition的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此一般情况下来说比较推荐使用Condition,阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。java中Condition接口原理及实现是一个复杂的过程。

Java里 sychronized和Lock+Condtion 都属于管程模型,Condition 在管程模型中代表的就是等待的条件。Condition在Lock的基础上使用,在原来Lock的基础上实现了可以基于多种条件来让线程实现同步的效果增加了多个条件后,我们可以更有针对性,也更灵活的协调多种条件下的线程协调。

每个 Condition 对象包含一个等待队列。等待队列中的节点复用了同步器中同步队列中的节点。Condition 对象的 await 和 signal 操作就是对等待队列以及同步队列的操作。

await 操作:将当前线程构造成节点并加入等待队列中,然后释放同步状态,唤醒同步队列中的后继节点,最后进入等待状态。

signal 操作:会唤醒在等待队列中等待时间最长的节点(首节点),在唤醒节点之前会将节点移到同步队列中。唤醒后的节点尝试竞争锁(自旋)。

首先我们通过一个简单的例子来看下Condition的使用方式

public static void main(String[] args) {

    final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();

    final Condition condition = reentrantLock.newCondition();

    Thread thread = new Thread((Runnable) () -> {

            try {

                reentrantLock.lock();

                System.out.println("我要等一个新信号" + this);

                condition.await();//这里需要注意这里是await而不是wait     

   }

            catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

            System.out.println("拿到一个信号!!" + this);

            reentrantLock.unlock();

    }, "waitThread1");

    thread.start();

    Thread thread1 = new Thread((Runnable) () -> {

            reentrantLock.lock();

            System.out.println("我拿到锁了");

            try {

                Thread.sleep(3000);

            }

            catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

            condition.signalAll();

            System.out.println("我发了一个信号!!");

            reentrantLock.unlock();

    }, "signalThread");    

    thread1.start();

}

运行后,结果如下:

我要等一个新信号lock.ReentrantLockTest$1@a62fc3

我拿到锁了

我发了一个信号!!

拿到一个信号!!

从上面的例子可以看Condition的执行方式,是当在线程1中调用await方法后,线程1将释放锁,并且将自己沉睡,等待唤醒,线程2获取到锁后,开始做事,完毕后,调用Condition的signal方法,唤醒线程1,线程1恢复执行。说明Condition是一个多线程间协调通信的工具类,使得某个,或者某些线程一起等待某个条件(Condition),只有当该条件具备( signal 或者 signalAll方法被带调用)时 ,这些等待线程才会被唤醒,从而重新争夺锁。

接下来分析一下Condition接口的原理:

ConditionObject是同步器AbstractQueuedSynchronizer的内部类,因为Condition的操作需要获取相关联的锁,所以作为同步器的内部类也较为合理。每个Condition对象都包含着一个队列,该队列是Condition对象实现等待/通知功能的关键。下面将分析Condition的实现,主要包括:等待队列、等待和通知

等待队列是一个FIFO的队列,在队列中的每个节点都包含了一个线程引用,该线程就是在Condition对象上等待的线程,如果一个线程调用了Condition.await()方法,那么该线程将会释放锁、构造成节点加入等待队列并进入等待状态一个Condition包含一个等待队列,Condition拥有首节点(firstWaiter)和尾节点(lastWaiter)。当前线程调用Condition.await()方法,将会以当前线程构造节点,并将节点从尾部加入等待队列

调用Condition的await()方法(或者以await开头的方法),会使当前线程进入等待队列并释放锁,同时线程状态变为等待状态。当从await()方法返回时,当前线程一定获取了Condition相关联的锁。如果从队列(同步队列和等待队列)的角度看await()方法,当调用await()方法时,相当于同步队列的首节点(获取了锁的节点)移动到Condition的等待队列中

调用Condition的signal()方法,将会唤醒在等待队列中等待时间最长的节点(首节点),在唤醒节点之前,会将节点移到同步队列中。

public final void signal() {

        if (!isHeldExclusively())

            throw new IllegalMonitorStateException();

        Node first = firstWaiter;

        if (first != null)

            doSignal(first);

    }

调用该方法的前置条件是当前线程必须获取了锁,可以看到signal()方法进行了isHeldExclusively()检查,也就是当前线程必须是获取了锁的线程。接着获取等待队列的首节点,将其移动到同步队列并使用LockSupport唤醒节点中的线程节点从等待队列移动到同步队列。

通过调用同步器的enq(Node node)方法,等待队列中的头节点线程安全地移动到同步队列。当节点移动到同步队列后,当前线程再使用LockSupport唤醒该节点的线程。被唤醒后的线程,将从await()方法中的while循环中退出(isOnSyncQueue(Node node)方法返回true,节点已经在同步队列中),进而调用同步器的acquireQueued()方法加入到获取同步状态的竞争中。成功获取同步状态(或者说锁)之后,被唤醒的线程将从先前调用的await()方法返回,此时该线程已经成功地获取了锁。Condition的signalAll()方法,相当于对等待队列中的每个节点均执行一次signal()方法,效果就是将等待队列中所有节点全部移动到同步队列中,并唤醒每个节点的线程。

   讲了很多但其实还是没有说的很详细,这么多内容不是看完就能懂得,需要一定的时间来消化消化。Condition接口实际上也只是java众多接口中的沧海一粟,所以学好java任重而道远。当然,大家如果想学习更多java接口的知识可以查看蛙课网免费的java面向接口课程

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