java - ReentrantLock和Condition实现生产者-消费者
ReentrantLock
重入锁（ReentrantLock）是一种递归无阻塞的同步机制。
一个可重入的互斥锁（Lock），它具有与使用 synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁定相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。
- ReentrantLock 将由当前已经成功获得锁，并且还没有释放锁的线程所拥有。
- 使用lock获得锁，unlock释放锁。
- 可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法来检查当前线程是否获得锁及调用了几次
lock
- 当锁没有被任何线程获得时，调用lock方法的线程将成功获的锁定并返回，将锁的保持计数设置为 1。
- 如果当前线程已经获得该锁（重复获取锁），则将保持计数加 1，并且该方法立即返回。
- 如果该锁已经被另一个线程获得，则出于线程调度的目的，将当前线程阻塞，并且在获得锁之前，该线程将一直处于休眠状态。
Condition
参考文章：怎么理解Condition
任何一个Java对象，都拥有一组监视器方法，主要包括wait()、notify()、notifyAll()方法，这些方法与synchronized关键字配合使用可以实现等待/通知机制。类似地，Condition接口也提供类似的Object的监视器的方法，主要包括await()、signal()、signalAll()方法，这些方法与Lock锁配合使用也可以实现等待/通知机制。
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。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。
相比Object实现的监视器方法，Condition接口的监视器方法具有一些Object所没有的特性：
- Condition接口可以支持多个等待队列，在前面已经提到一个Lock实例可以绑定多个Condition，所以自然可以支持多个等待队列了
- Condition接口支持响应中断，前面已经提到过
- Condition接口支持当前线程释放锁并进入等待状态到将来的某个时间，也就是支持定时功能
和Object监视器区别
这里写图片描述
Condition支持在await时不响应Thread的interrupt请求（awaitUninterruptibly方法）：
这里写图片描述
Condition支持的定时唤醒功能（不同于Object的带参wait方法，这里的定时指在指定日期唤醒）：
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
实现生产者-消费者
示例使用 jdk 1.8，用Consumer接口表示消费者，Supplier[]数组表示待生产的产品
关键成员变量
private final Lock lock = new ReentrantLock();
//要生产的“货物”及其生产方式
private final Supplier[] suppliers;
//消费者
private final Consumer consumer;
//生产出的产品
private T product;
//生产者是否已经生产出一件产品
private boolean isProducted = false;
//条件：生产的产品还没有被消费者消费，需要等待消费者消费
private Condition whenProductWaitConsume = lock.newCondition();
//消费者是否已经消费了生产者生产的产品
private boolean isConsumed = true;
//条件：没有产品可以消费，需要等待生产者
private Condition whenHaveProductToConsume = lock.newCondition();
//生产者是否已经生产完所有的产品
private boolean finished = false;
构造器
public SuppliersAndConsumerPlus(Consumer consumer, Supplier... suppliers) {
this.suppliers = suppliers;
this.consumer = consumer;
}
生产过程
private void doProduct(Supplier supplier) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (!isConsumed) {
P.out("supplier wait");
// 等待生产条件：
// 我发现刚生产的产品还没被消费掉，等到产品被消费之后提醒我
whenProductWaitConsume.await();
}
// 收到可以生产的信号
product = supplier.get();
// 模拟生产耗时
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
P.out("+ " + product);
isProducted = true;
isConsumed = false;
// 产品生产好了，可以消费了
whenHaveProductToConsume.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
遍历所有待生产的产品进行生产：
private void product() throws InterruptedException {
// 遍历生产产品
for (Supplier supplier : suppliers) {
doProduct(supplier);
}
finished = true;
}
消费过程
private void consume() throws InterruptedException {
P.out("begin consumer");
while (!finished) {
lock.lock();
try {
while (!isProducted) {
P.out("consumer wait");
// 等待消费条件：
// 我发现现在还没有产品可以消费，所以等有产品可以消费了就提醒我
whenHaveProductToConsume.await();
}
// 收到可以消费的信号
consumer.accept(product);
// 模拟消费耗时
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
P.out("- " + product);
isConsumed = true;
isProducted = false;
// 产品被消费了，可以继续生产了
whenProductWaitConsume.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
启动生产者和消费者
public void start() {
// 开启消费者线程
new Thread(() -> {
try {
consume();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
//确保生产者在消费者之后启动
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 开启生产者线程
new Thread(() -> {
try {
product();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
测试
public static void main(String[] args) {
@SuppressWarnings("unchecked")
SuppliersAndConsumerPlus consumer = new SuppliersAndConsumerPlus<>(
String::getBytes,
() -> "a",
() -> "b",
() -> "c",
() -> "d");
consumer.start();
}
测试结果：
05/01/2018 09:47:53-794 begin consumer
05/01/2018 09:47:53-795 consumer wait
05/01/2018 09:47:56-762 + a
05/01/2018 09:47:56-762 supplier wait
05/01/2018 09:47:58-763 - a
05/01/2018 09:47:58-763 consumer wait
05/01/2018 09:48:00-763 + b
05/01/2018 09:48:00-763 supplier wait
05/01/2018 09:48:02-764 - b
05/01/2018 09:48:02-764 consumer wait
05/01/2018 09:48:04-764 + c
05/01/2018 09:48:04-764 supplier wait
05/01/2018 09:48:06-764 - c
05/01/2018 09:48:06-764 consumer wait
05/01/2018 09:48:08-765 + d
05/01/2018 09:48:10-765 - d
Process finished with exit code 0
代码已上传GitHub，你可以在这里找到