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  • Condition-线程通信更高效的方式

    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：

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    1. public class ThreadTest2 {  
    2.     public static void main(String[] args) {  
    3.         final Business business = new Business();  
    4.         new Thread(new Runnable() {  
    5.             @Override  
    6.             public void run() {  
    7.                 threadExecute(business, "sub");  
    8.             }  
    9.         }).start();  
    10.         threadExecute(business, "main");  
    11.     }     
    12.     public static void threadExecute(Business business, String threadType) {  
    13.         for(int i = 0; i < 100; i++) {  
    14.             try {  
    15.                 if("main".equals(threadType)) {  
    16.                     business.main(i);  
    17.                 } else {  
    18.                     business.sub(i);  
    19.                 }  
    20.             } catch (InterruptedException e) {  
    21.                 e.printStackTrace();  
    22.             }  
    23.         }  
    24.     }  
    25. }  
    26. class Business {  
    27.     private boolean bool = true;  
    28.     private Lock lock = new ReentrantLock();  
    29.     private Condition condition = lock.newCondition();   
    30.     public /*synchronized*/ void main(int loop) throws InterruptedException {  
    31.         lock.lock();  
    32.         try {  
    33.             while(bool) {                 
    34.                 condition.await();//this.wait();  
    35.             }  
    36.             for(int i = 0; i < 100; i++) {  
    37.                 System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
    38.             }  
    39.             bool = true;  
    40.             condition.signal();//this.notify();  
    41.         } finally {  
    42.             lock.unlock();  
    43.         }  
    44.     }     
    45.     public /*synchronized*/ void sub(int loop) throws InterruptedException {  
    46.         lock.lock();  
    47.         try {  
    48.             while(!bool) {  
    49.                 condition.await();//this.wait();  
    50.             }  
    51.             for(int i = 0; i < 10; i++) {  
    52.                 System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
    53.             }  
    54.             bool = false;  
    55.             condition.signal();//this.notify();  
    56.         } finally {  
    57.             lock.unlock();  
    58.         }  
    59.     }  
    60. }  

            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。

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    1. class BoundedBuffer {  
    2.    final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象  
    3.    final Condition notFull  = lock.newCondition();//写线程条件   
    4.    final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件   
    5.   
    6.    final Object[] items = new Object[100];//缓存队列  
    7.    int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/;  
    8.   
    9.    public void put(Object x) throws InterruptedException {  
    10.      lock.lock();  
    11.      try {  
    12.        while (count == items.length)//如果队列满了   
    13.          notFull.await();//阻塞写线程  
    14.        items[putptr] = x;//赋值   
    15.        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  
    16.        ++count;//个数++  
    17.        notEmpty.signal();//唤醒读线程  
    18.      } finally {  
    19.        lock.unlock();  
    20.      }  
    21.    }  
    22.   
    23.    public Object take() throws InterruptedException {  
    24.      lock.lock();  
    25.      try {  
    26.        while (count == 0)//如果队列为空  
    27.          notEmpty.await();//阻塞读线程  
    28.        Object x = items[takeptr];//取值   
    29.        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  
    30.        --count;//个数--  
    31.        notFull.signal();//唤醒写线程  
    32.        return x;  
    33.      } finally {  
    34.        lock.unlock();  
    35.      }  
    36.    }   
    37.  }  

            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。

    示例：

    package lock.demo11;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReadKafkaThread extends Thread {

    private int i = 0;
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();  
            }
            
            execute();
        }

    }
    
    public void execute() {
        lock.lock();
        try {  
            if(!readKafka) {         
                condition.await();//this.wait();  
            }
        } catch(InterruptedException e) {
            
        } finally {  
            lock.unlock();  
        }  
        System.out.println("你好:" + i++);
    }
    
    public volatile boolean readKafka = false;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    public void openReadKafka() {
        lock.lock();  
        try {
            readKafka = true;
            condition.signal();//this.notify();  
        } finally {  
            lock.unlock();  
        }  
         
    }
    
    public void closeReadKafka() {
        readKafka = false;
    }

}

package lock.demo11;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReadKafkaThread rkt = new ReadKafkaThread();
        rkt.start();
        
        print("1 main sleep 1");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        rkt.openReadKafka();
        
        print("2 main sleep 2");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        rkt.closeReadKafka();
        
        print("3 main sleep 3");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        rkt.openReadKafka();
        
        print("4 main sleep 4");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        rkt.closeReadKafka();
        
        print("5 main sleep 5");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        rkt.closeReadKafka();
        
        print("6 main sleep 6");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(6);
        rkt.openReadKafka();
        print("7 main sleep 7");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(7);
        rkt.closeReadKafka();
        
        print("8 main sleep 8");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(8);
        rkt.openReadKafka();
        
        print("9 main sleep 9");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(9);
        rkt.closeReadKafka();
        

    }

    public static void print(String str) {
        System.out.println(str + " 时间：" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss").format(new Date()));
    }
}

    结果：

    1 main sleep 1 时间：2017-01-10 11:25:11
2 main sleep 2 时间：2017-01-10 11:25:12
你好:0
你好:1
3 main sleep 3 时间：2017-01-10 11:25:14
你好:2
4 main sleep 4 时间：2017-01-10 11:25:17
你好:3
你好:4
你好:5
你好:6
5 main sleep 5 时间：2017-01-10 11:25:21
6 main sleep 6 时间：2017-01-10 11:25:26
7 main sleep 7 时间：2017-01-10 11:25:32
你好:7
你好:8
你好:9
你好:10
你好:11
你好:12
你好:13
8 main sleep 8 时间：2017-01-10 11:25:39
你好:14
9 main sleep 9 时间：2017-01-10 11:25:47
你好:15
你好:16
你好:17
你好:18
你好:19
你好:20
你好:21
你好:22
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