Java线程(九):Condition-线程通信更高效的方式

        接近一周没更新《Java线程》专栏了,主要是这周工作上比较忙,生活上也比较忙,呵呵,进入正题,上一篇讲述了并发包下的Lock,Lock可以更好的解决线程同步问题,使之更面向对象,并且ReadWriteLock在处理同步时更强大,那么同样,线程间仅仅互斥是不够的,还需要通信,本篇的内容是基于上篇之上,使用Lock如何处理线程通信。

        那么引入本篇的主角,Condition,Condition 将 Object 监视器方法(wait、notify 和 notifyAll)分解成截然不同的对象,以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用,为每个对象提供多个等待 set (wait-set)。其中,Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用,Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。下面将之前写过的一个线程通信的例子替换成用Condition实现(Java线程(三)),代码如下:

public class ThreadTest2 {
	public static void main(String[] args) {
		final Business business = new Business();
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				threadExecute(business, "sub");
			}
		}).start();
		threadExecute(business, "main");
	}	
	public static void threadExecute(Business business, String threadType) {
		for(int i = 0; i < 100; i++) {
			try {
				if("main".equals(threadType)) {
					business.main(i);
				} else {
					business.sub(i);
				}
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}
class Business {
	private boolean bool = true;
	private Lock lock = new ReentrantLock();
	private Condition condition = lock.newCondition(); 
	public /*synchronized*/ void main(int loop) throws InterruptedException {
		lock.lock();
		try {
			while(bool) {				
				condition.await();//this.wait();
			}
			for(int i = 0; i < 100; i++) {
				System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
			}
			bool = true;
			condition.signal();//this.notify();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}	
	public /*synchronized*/ void sub(int loop) throws InterruptedException {
		lock.lock();
		try {
			while(!bool) {
				condition.await();//this.wait();
			}
			for(int i = 0; i < 10; i++) {
				System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
			}
			bool = false;
			condition.signal();//this.notify();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
}

        在Condition中,用await()替换wait(),用signal()替换notify(),用signalAll()替换notifyAll(),传统线程的通信方式,Condition都可以实现,这里注意,Condition是被绑定到Lock上的,要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。

        这样看来,Condition和传统的线程通信没什么区别,Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition,下面引入API中的一段代码,加以说明。

class BoundedBuffer {
   final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象
   final Condition notFull  = lock.newCondition();//写线程条件 
   final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件 

   final Object[] items = new Object[100];//缓存队列
   int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/;

   public void put(Object x) throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == items.length)//如果队列满了 
         notFull.await();//阻塞写线程
       items[putptr] = x;//赋值 
       if (++putptr == items.length) putptr = 0;//如果写索引写到队列的最后一个位置了,那么置为0
       ++count;//个数++
       notEmpty.signal();//唤醒读线程
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }

   public Object take() throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == 0)//如果队列为空
         notEmpty.await();//阻塞读线程
       Object x = items[takeptr];//取值 
       if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//如果读索引读到队列的最后一个位置了,那么置为0
       --count;//个数--
       notFull.signal();//唤醒写线程
       return x;
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   } 
 }

        这是一个处于多线程工作环境下的缓存区,缓存区提供了两个方法,put和take,put是存数据,take是取数据,内部有个缓存队列,具体变量和方法说明见代码,这个缓存区类实现的功能:有多个线程往里面存数据和从里面取数据,其缓存队列(先进先出后进后出)能缓存的最大数值是100,多个线程间是互斥的,当缓存队列中存储的值达到100时,将写线程阻塞,并唤醒读线程,当缓存队列中存储的值为0时,将读线程阻塞,并唤醒写线程,这也是ArrayBlockingQueue的内部实现。下面分析一下代码的执行过程:

        1. 一个写线程执行,调用put方法;

        2. 判断count是否为100,显然没有100;

        3. 继续执行,存入值;

        4. 判断当前写入的索引位置++后,是否和100相等,相等将写入索引值变为0,并将count+1;

        5. 仅唤醒读线程阻塞队列中的一个;

        6. 一个读线程执行,调用take方法;

        7. ……

        8. 仅唤醒写线程阻塞队列中的一个。

        这就是多个Condition的强大之处,假设缓存队列中已经存满,那么阻塞的肯定是写线程,唤醒的肯定是读线程,相反,阻塞的肯定是读线程,唤醒的肯定是写线程,那么假设只有一个Condition会有什么效果呢,缓存队列中已经存满,这个Lock不知道唤醒的是读线程还是写线程了,如果唤醒的是读线程,皆大欢喜,如果唤醒的是写线程,那么线程刚被唤醒,又被阻塞了,这时又去唤醒,这样就浪费了很多时间。

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