Java并行编程-lock中使用多条件condition（生产者消费者模式实例）

Java 并发包下的提供Lock，Lock相对于Synchronized可以更好的解决线程同步问题，更加的灵活和高效，并且ReadWriteLock锁还能实现读、写的分离。但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。阻塞队列(BlockingQueue)就是使用condition的和lock实现的。可以查看：Java并发编程-阻塞队列(BlockingQueue)的实现原理

Condition
那么引入本篇的主角，Condition，Condition 将 Object的通信方法（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 通信方法的使用。

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。

Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition， 使用synchronized/wait()只有一个阻塞队列，notifyAll会唤起所有阻塞队列下的线程，而使用lock/condition，可以实现多个阻塞队列，signalAll只会唤起某个阻塞队列下的阻塞线程。

下面用两种方式编写生产者/消费者模式代码加以说明。

- 使用synchronized/wait()实现生产者消费者模式如下：

	//模拟生产和消费的对象
    class Buffer {
		private int	maxSize;
		private List storage;
		Buffer(int size){
			maxSize=size;
			storage=new LinkedList<>();
		}
		//生产方法
		public synchronized void put()  {
			try {
				while (storage.size() ==maxSize ){//如果队列满了
					System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": wait \n");;
					wait();//阻塞线程
				}
				storage.add(new Date());
				System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": put:"+storage.size()+ "\n");
				Thread.sleep(1000);
				notifyAll();//唤起线程
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}		
		}
		//消费方法
		public synchronized void take() {
			try { 
				while (storage.size() ==0 ){//如果队列满了
					System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": wait \n");;
					wait();//阻塞线程
				}
				Date d=((LinkedList)storage).poll();
				System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": take:"+storage.size()+ "\n");
				Thread.sleep(1000);
				notifyAll();//唤起线程
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}		
		} 
}
//生产者
class Producer implements Runnable{
	private Buffer buffer;
	Producer(Buffer b){
		buffer=b;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			buffer.put();
		}
	}	
}
//消费者
class Consumer implements Runnable{
	private Buffer buffer;
	Consumer(Buffer b){
		buffer=b;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			buffer.take();
		}
	}	
}
//
public class Main{
	public static void main(String[] arg){
		Buffer buffer=new Buffer(10);
		Producer producer=new Producer(buffer);
		Consumer consumer=new Consumer(buffer);
		//创建线程执行生产和消费
		for(int i=0;i<3;i++){
			new Thread(producer,"producer-"+i).start();
		}
		for(int i=0;i<3;i++){
			new Thread(consumer,"consumer-"+i).start();
		}
	}
}

- 使用lock/condition实现生产者消费者模式如下：

import java.util.Date;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;


class Buffer {
	private  final Lock lock;
	private  final Condition notFull;
	private  final Condition notEmpty;
	private int	maxSize;
	private List storage;
	Buffer(int size){
		//使用锁lock，并且创建两个condition，相当于两个阻塞队列
		lock=new ReentrantLock();
		notFull=lock.newCondition();
		notEmpty=lock.newCondition();
		maxSize=size;
		storage=new LinkedList<>();
	}
	public void put()  {
		lock.lock();
		try {   
			while (storage.size() ==maxSize ){//如果队列满了
				System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": wait \n");;
				notFull.await();//阻塞生产线程
			}
			storage.add(new Date());
			System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": put:"+storage.size()+ "\n");
			Thread.sleep(1000);			
			notEmpty.signalAll();//唤醒消费线程
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}finally{	
			lock.unlock();
		}
	}

	public	void take() {		
		lock.lock();
		try {  
			while (storage.size() ==0 ){//如果队列满了
				System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": wait \n");;
				notEmpty.await();//阻塞消费线程
			}
			Date d=((LinkedList)storage).poll();
			System.out.print(Thread.currentThread().getName()+": take:"+storage.size()+ "\n");
			Thread.sleep(1000);			
			notFull.signalAll();//唤醒生产线程
			
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	} 
}

class Producer implements Runnable{
	private Buffer buffer;
	Producer(Buffer b){
		buffer=b;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			buffer.put();
		}
	}	
}
class Consumer implements Runnable{
	private Buffer buffer;
	Consumer(Buffer b){
		buffer=b;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true){
			buffer.take();
		}
	}	
}
public class Main{
	public static void main(String[] arg){
		Buffer buffer=new Buffer(10);
		Producer producer=new Producer(buffer);
		Consumer consumer=new Consumer(buffer);
		for(int i=0;i<3;i++){
			new Thread(producer,"producer-"+i).start();
		}
		for(int i=0;i<3;i++){
			new Thread(consumer,"consumer-"+i).start();
		}
	}
}

- 当生产者执行put方法时，调用notEmpty.signalAll()只会唤醒notEmpty.await()下的消费者线程。
- 当消费者执行塔克方法时，调用notFull.signalAll()只会唤醒notFull.await()下的消费者线程。

更新

• 2019.5.4
  • object锁，可以通过使用多个不同对象作为锁，实现多个阻塞队列。