Java多线程编程-（16）-等待/通知模式接口Condition接口深入分析

本文主要是介绍Java多线程编程-（16）-等待/通知模式接口Condition接口深入分析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前几篇：

Java多线程编程-（12）-Java中的队列同步器AQS和ReentrantLock锁原理简要分析

Java多线程编程-（15）-读写锁ReentrantReadWriteLock深入分析

一、Condition接口简介

在上述两篇文章中讲解AQS的时候，我们已经知道了同步队列AQS的内部类ConditionObject实现了Condition接口，使用ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock的内部类Sync我们可以通过newCondition() 方法创建一个或多个ConditionObject对象。

在使用synchronized作为同步的时候，可以使用任意的Java对象作为锁，这是因为任意的一个Java对象，都拥有一组监视器方法，这些监视器方法是定义在超类Object中的，主要包括：wait、notify、notifyAll这些方法，这些方法与synchronized关键字配合实现等待/通知模式。

Condition接口也提供了类似object的监视器方法，与Lock配合使用也可以实现等待/通知模式，虽然如此，但是两者在使用方式以及功能功能上还是有些许差别的，主要差别如下：

这里写图片描述

Condition接口定义：

这里写图片描述

可以看到基本和Object超类中定义的差不多。

各接口的含义如下：

这里写图片描述

二、Condition接口使用案例

示例代码如下:

public class MyService {private Lock lock = new ReentrantLock();public Condition condition = lock.newCondition();public void await() {try {lock.lock();System.out.println(" await时间为 " + System.currentTimeMillis());condition.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void signal() {try {lock.lock();System.out.println("signal时间为 " + System.currentTimeMillis());condition.signal();} finally {lock.unlock();}}
}

测试代码如下：

public class Run {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MyService service = new MyService();new ThreadA(service).start();Thread.sleep(3000);service.signal();}
}

执行结果：

 await时间为 1509246482943
signal时间为 1509246485946

看过《Java多线程编程-（4）-线程间通信机制的介绍与使用》这篇文章的小伙伴都应该还记得，我们使用wait和notify实现了一个阻塞队列，现在我们使用Condition对象搞一些事情，使用Condition把这个阻塞队列重写一下，代码如下：

public class MyQueue {//1、需要一个承装元素的集合private final LinkedList<Object> list = new LinkedList<>();//2、需要一个计数器private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);//3、需要指定上限和下限private final int maxSize = 5;private final int minSize = 0;//5、初始化锁对象private final Lock lock = new ReentrantLock();private Condition notEmpty = lock.newCondition();private Condition notFull = lock.newCondition();/*** put方法*/public void put(Object obj) {lock.lock();//达到最大无法添加，进入等到while (count.get() == maxSize) {try {notFull.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}list.add(obj); //加入元素count.getAndIncrement(); //计数器增加System.out.println(" 元素 " + obj + " 被添加 ");notEmpty.signal(); //通知另外一个阻塞的线程方法lock.unlock();}/*** get方法*/public Object get() {lock.lock();Object temp;//达到最小，没有元素无法消费，进入等到while (count.get() == minSize) {try {notEmpty.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}count.getAndDecrement();temp = list.removeFirst();System.out.println(" 元素 " + temp + " 被消费 ");notFull.signal();lock.unlock();return temp;}private int size() {return count.get();}public static void main(String[] args) throws Exception {final MyQueue myQueue = new MyQueue();initMyQueue(myQueue);Thread t1 = new Thread(() -> {myQueue.put("h");myQueue.put("i");}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(2000);myQueue.get();Thread.sleep(2000);myQueue.get();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, "t2");t1.start();Thread.sleep(1000);t2.start();}private static void initMyQueue(MyQueue myQueue) {myQueue.put("a");myQueue.put("b");myQueue.put("c");myQueue.put("d");myQueue.put("e");System.out.println("当前元素个数：" + myQueue.size());}
}

三、Condition接口实现原理

ConditionObject实现了Condition接口，是AQS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是一个比较合理的方式。每一个Condition对象都包含一个等待队列，该队列是Condition实现等待通知机制的关键。

和synchronized一样，在调用wait和notify等方法之前都必须要先获取锁，同样使用Condition对象的await和signal方法的时候也是要先获取到锁！

1、等待队列

等待队列是一个FIFO的队列，在队列中的每一个节点都包含一个线程的引用，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。这里的节点Node使用的是AQS中定义的Node。也就是说AQS中的同步队列和Condition的等待队列使用的节点类型都是AQS中定义的Node内部类（AbstractQueuedSynchronizer.Node）。

一个Condition对象包含一个等待队列，Condition拥有首节点和尾节点。当前线程调用Condition.await() 方法，将会以当前线程构造节点，并将该节点从尾部加入到等待队列，等待队列的基本结构如下图：

这里写图片描述

如上图可知，Condition拥有首尾节点的引用，而新增节点只需要将原有的尾节点nextWaiter指向它，并且更新尾节点即可。上述节点引用更新的过程并没有使用到CAS保证，这是因为当前线程调用await（） 方法的时候必定是获取了锁的线程，也就是说该过程是由锁来保证线程安全的。

我们知道在使用synchronized的时候，是使用的对象监视器模型的，即在Object的监视器模型上，一个对象拥有一个同步队列和等待队列，而Lock可以拥有一个同步队列和多个等待队列，这是因为通过lock.newCondition() 可以创建多个Condition条件，而这多个Condition对象都是在同一个锁的基础上创建的，在同一时刻也只能由一个线程获取到该锁。

Lock模式下同步队列和等待队列的对应关系如下图：

这里写图片描述