条件阻塞Condition的应用

1.认识condition

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，相比使用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。因此通常来说比较推荐使用Condition。

     Condition类能实现synchronized和wait、notify搭配的功能，另外比后者更灵活，Condition可以实现多路通知功能，也就是在一个Lock对象里可以创建多个Condition（即对象监视器）实例，线程对象可以注册在指定的Condition中，从而可以有选择的进行线程通知，在调度线程上更加灵活。而synchronized就相当于整个Lock对象中只有一个单一的Condition对象，所有的线程都注册在这个对象上。线程开始notifyAll时，需要通知所有的WAITING线程，没有选择权，会有相当大的效率问题。

1、Condition是个接口，基本的方法就是await()和signal()方法。

2、Condition依赖于Lock接口，生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()，参考下图。 

3、调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内，就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用。

4、Conditon中的await()对应Object的wait()，Condition中的signal()对应Object的notify()，Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。

 2.有两个线程，子线程先执行10次，然后主线程执行5次，然后再切换到子线程执行10，再主线程执行5次……如此往返执行50次。

public class ConditionCommunication {

    public static void main(String[] args) {
        Business bussiness = new Business();

        new Thread(new Runnable() {// 开启一个子线程

                    @Override
                    public void run() {
                        for (int i = 1; i <= 50; i++) {

                            bussiness.sub(i);
                        }

                    }
                }).start();

        // main方法主线程
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {

            bussiness.main(i);
        }
    }   
}

class Business {

    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition(); //Condition是在具体的lock之上的

    private boolean bShouldSub = true;

    public void sub(int i) {
        lock.lock();
        try {
            while(!bShouldSub) {
                try {
                    condition.await(); //用condition来调用await方法
                } catch (Exception e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for (int j = 1; j <= 10; j++) {
                System.out.println("sub thread sequence of " + j
                        + ", loop of " + i);
            }
            bShouldSub = false;
            condition.signal(); //用condition来发出唤醒信号，唤醒某一个
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void main(int i) {
        lock.lock();
        try {
            while(bShouldSub) {
                try {
                    condition.await(); //用condition来调用await方法
                } catch (Exception e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for (int j = 1; j <= 10; j++) {
                System.out.println("main thread sequence of " + j
                        + ", loop of " + i);
            }
            bShouldSub = true;
            condition.signal(); //用condition来发出唤醒信号么，唤醒某一个
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3 缓冲区的阻塞队列

　　缓冲区即一个数组，我们可以向数组中写入数据，也可以从数组中把数据取走，我要做的两件事就是开启两个线程，一个存数据，一个取数据。但是问题来了，如果缓冲区满了，说明接收的消息太多了，即发送过来的消息太快了，我另一个线程还来不及发完，导致现在缓冲区没地方放了，那么此时就得阻塞存数据这个线程，让其等待；相反，如果我转发的太快，现在缓冲区所有内容都被我发完了，还没有用户发新的消息来，那么此时就得阻塞取数据这个线程。 

class Buffer {

    final Lock lock = new ReentrantLock(); //定义一个锁
    final Condition notFull = lock.newCondition(); //定义阻塞队列满了的Condition
    final Condition notEmpty = lock.newCondition();//定义阻塞队列空了的Condition

    final Object[] items = new Object[10]; //为了下面模拟，设置阻塞队列的大小为10，不要设太大

    int putptr, takeptr, count; //数组下标，用来标定位置的

    //往队列中存数据
    public void put(Object x) throws InterruptedException {
        lock.lock(); //上锁
        try {
            while (count == items.length) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被阻塞了，暂时无法存数据！");
                notFull.await();    //如果队列满了，那么阻塞存数据这个线程，等待被唤醒
            }
            //如果没满，按顺序往数组中存
            items[putptr] = x;
            if (++putptr == items.length) //这是到达数组末端的判断，如果到了，再回到始端
                putptr = 0;
            ++count;    //消息数量
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 存好了值： " + x);
            notEmpty.signal(); //好了，现在队列中有数据了，唤醒队列空的那个线程，可以取数据啦
        } finally {
            lock.unlock(); //放锁
        }
    }

    //从队列中取数据
    public Object take() throws InterruptedException {
        lock.lock(); //上锁
        try {
            while (count == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被阻塞了，暂时无法取数据！");
                notEmpty.await();  //如果队列是空，那么阻塞取数据这个线程，等待被唤醒
            }
            //如果没空，按顺序从数组中取
            Object x = items[takeptr];
            if (++takeptr == items.length) //判断是否到达末端，如果到了，再回到始端
                takeptr = 0;
            --count; //消息数量
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 取出了值： " + x);
            notFull.signal(); //好了，现在队列中有位置了，唤醒队列满的那个线程，可以存数据啦
            return x;
        } finally {
            lock.unlock(); //放锁
        }
    }
}

这个程序很经典，我从官方JDK文档中拿出来的，然后加了注释。程序中定义了两个Condition，分别针对两个线程，等待和唤醒分别用不同的Condition来执行，思路很清晰，程序也很健壮。可以考虑一个问题，为啥要用两个Codition呢？之所以这么设计肯定是有原因的，如果用一个Condition，现在假设队列满了，但是有2个线程A和B同时存数据，那么都进入了睡眠，好，现在另一个线程取走一个了，然后唤醒了其中一个线程A，那么A可以存了，存完后，A又唤醒一个线程，如果B被唤醒了，那就出问题了，因为此时队列是满的，B不能存的，B存的话就会覆盖原来还没被取走的值，就因为使用了一个Condition，存和取都用这个Condition来睡眠和唤醒，就乱了套。到这里，就能体会到这个Condition的用武之地了，现在来测试一下上面的阻塞队列的效果：

4 两个以上线程之间的唤醒

　　还是原来那个题目，现在让三个线程来执行，看一下题目：

有三个线程，子线程1先执行10次，然后子线程2执行10次，然后主线程执行5次，然后再切换到子线程1执行10次，子线程2执行10次，主线程执行5次……如此往返执行50次。

　　如过不用Condition，还真不好弄，但是用Condition来做的话，就非常方便了，原理很简单，定义三个Condition，子线程1执行完唤醒子线程2，子线程2执行完唤醒主线程，主线程执行完唤醒子线程1。唤醒机制和上面那个缓冲区道理差不多，下面看看代码吧，很容易理解。

public class ThreeConditionCommunication {

    public static void main(String[] args) {
        Business bussiness = new Business();

        new Thread(new Runnable() {// 开启一个子线程

                    @Override
                    public void run() {
                        for (int i = 1; i <= 50; i++) {

                            bussiness.sub1(i);
                        }

                    }
                }).start();

        new Thread(new Runnable() {// 开启另一个子线程

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 50; i++) {

                    bussiness.sub2(i);
                }

            }
        }).start();

        // main方法主线程
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {

            bussiness.main(i);
        }
    }

    static class Business {

        Lock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition1 = lock.newCondition(); //Condition是在具体的lock之上的
        Condition condition2 = lock.newCondition();
        Condition conditionMain = lock.newCondition();

        private int bShouldSub = 0;

        public void sub1(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (bShouldSub != 0) {
                    try {
                        condition1.await(); //用condition来调用await方法
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 10; j++) {
                    System.out.println("sub1 thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                bShouldSub = 1;
                condition2.signal(); //让线程2执行
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }

        public void sub2(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (bShouldSub != 1) {
                    try {
                        condition2.await(); //用condition来调用await方法
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 10; j++) {
                    System.out.println("sub2 thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                bShouldSub = 2;
                conditionMain.signal(); //让主线程执行
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }

        public void main(int i) {
            lock.lock();
            try {
                while (bShouldSub != 2) {
                    try {
                        conditionMain.await(); //用condition来调用await方法
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                for (int j = 1; j <= 5; j++) {
                    System.out.println("main thread sequence of " + j
                            + ", loop of " + i);
                }
                bShouldSub = 0;
                condition1.signal(); //让线程1执行
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

5. 三个线程按照顺序依次执行

package com.demo.test;

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

public class ConditionService {

    // 通过nextThread控制下一个执行的线程
    private static int nextThread = 1;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // 有三个线程，所以注册三个Condition
    Condition conditionA = lock.newCondition();
    Condition conditionB = lock.newCondition();
    Condition conditionC = lock.newCondition();

    public void excuteA() {
        try {
            lock.lock();
            while (nextThread != 1) {
                conditionA.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 工作");
            nextThread = 2;
            conditionB.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void excuteB() {
        try {
            lock.lock();
            while (nextThread != 2) {
                conditionB.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 工作");
            nextThread = 3;
            conditionC.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void excuteC() {
        try {
            lock.lock();
            while (nextThread != 3) {
                conditionC.await();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 工作");
            nextThread = 1;
            conditionA.signalAll();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}