java并发condition_Java并发编程Condition

阳光穿透心脏的1/2处 2022-10-23 08:22 227阅读 0赞

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2014拍摄于四川羌族藏族自治区郎木寺，前面的山就是甘肃了与四川只有一条两米宽的水流很大的小河相隔。

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王皓的GitHub：https://github.com/TenaciousDWang

今天填以前挖的坑，说一下Condition，用于配合Lock实现线程间通信的同步辅助类，可替代以往我们使用 synchronized 关键字，配合 Object 的 wait()、notify() 系列方法可以实现等待/通知模式。

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Condition是一个接口，JDK1.5之后加入，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，阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。

为了便于理解，这里先简单用Condition中三个主要方法对应Object中使用的方法，先有一个大致的概念。

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()。

Lock 接口中有个 newCondition() 方法。通过这个方法可以获得 Condition 对象,其实就是 ConditionObject。

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先写一个简单的Demo来看一下Condition的使用，后面我们再分析一下Condition的实现。

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先创建一个Lock对象，然后使用lock的newCondition获取Condition对象，接下来我们定义生产者与消费者，为了方便(懒)使用内部类直接写。

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这里需要注意Condition的使用必须介于lock方法与unlock方法之间，消费者开始执行后，调用await方法进行阻塞，这时Consumer线程挂起，其实就是Consumer释放了锁，等待唤醒，被阻塞在Condition对象上的生产者线程此时获得了锁，生产者开始执行，执行结束后调用condition对象的signal方法用来唤醒被阻塞在condition对象的上的消费者线程，此时消费者线程才开始执行，打印消费者执行结束。我们来看一下执行后的打印结果。

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Condition是一个多线程间协调通信的工具类，使得某个，或者某些线程一起等待某个条件(Condition),只有当该条件具备( signal 或者 signalAll方法被带调用)时 ，这些等待线程才会被唤醒，从而重新争夺锁。

Condition的实现类位于AQS类里，是AQS的一个内部类ConditionObject。

接下来我们来简单分析一下Condition的实现。

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可以看到，等待队列和同步队列一样，使用的都是同步器 AQS 中的节点类 Node。同样拥有首节点firstWaiter和尾节点lastWaiter，每个 Condition 对象都包含着一个 FIFO 队列。

addConditionWaiter方法用于将当前线程包装成AQS里的Node类放入 FIFO 队列，其实就是一个链表。

接下来我们来看一下Consumer调用await方式时发生了什么。

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首先使用addConditionWaiter方法将当前线程包装为Node类，然后调用fullyRelease(node)释放当前线程占有的锁。

释放锁完毕后，while (!isOnSyncQueue(node)) 循环判断当前Node是否存在于队列中。

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如果不存在，说明还没有资格去竞争锁，所以继续沉睡等待加入队列后被唤醒。

LockSupport.park(this)为阻塞当前线程，如果if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)说明中断直接 break跳出。

如果存在则跳出当前循环，如何被放入队列，你可能已经知道了，我们后面来说，跳出循环后，重新开始正式竞争锁，同样，如果竞争不到还是会将自己沉睡，等待唤醒重新开始竞争。

接下来我们来看一下生产者执行完成后调用signal()来唤醒Consumer的过程。

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可以唤醒等待队列的首节点(等待时间最长)，唤醒之前会将该节点移动到同步队列中。firstWaiter为condition自己维护的一个链表的头结点，取出第一个节点后开始唤醒操作doSignal(first)。

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调用 transferForSignal() 方法将节点移动到同步队列。

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先改变Node状态为0，然后enq(node)加入同步队列。

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最后LockSupport.unpark(node.thread);用来唤醒线程。

然后我们来看一下signalAll方法原理同signal差不多，只是将所有Node从Condition的FIFO队列中取出直到first为null为止，移动到同步队列中来，唤醒每个节点的线程来竞争锁。

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关于"虚假唤醒"，通常Condition与if条件判断语句结合使用，但是这里不建议使用if，例如：

if(!条件)\{

condition.await(); //不满足条件，当前线程等待；

更推荐使用while来判断条件，例如：

while(!条件)\{

condition.await(); //不满足条件，当前线程等待；

什么是虚假唤醒，我们来举一个例子，假设我们现在有一个生产者，两个消费者，一个队列。

1、1号消费者从队列中获取了一个元素，此时队列变为空。

2、2号消费者也想从队列中获取一个元素，但此时队列为空，2号消费者便只能进入阻塞condition.await()，等待队列非空。

3、这时，生产者将一个元素放入队列，并调用condition.signal()唤醒条件变量。

4、处于等待状态的2号消费者接收到生产者的唤醒信号，便准备解除阻塞状态去获取队列中的元素。

5、但是这时可能却出现以下情况：当2号消费者准备获得队列的锁，去获取队列中的元素时，此时1号消费者刚好执行完之前的元素操作，返回再去请求队列中的元素，1号消费者便获得队列的锁，检查到队列非空，就获取到了生产者刚刚放入队列的元素，然后释放队列锁。

6、等到2号消费者获得队列锁，判断发现队列仍为空，1号消费者已经拿走了这个元素，所以对于2号消费者而言，这次唤醒就是“虚假”的，它需要再次等待队列非空。

原因为多核处理器会唤醒阻塞在条件变量上的多个线程，如果用if判断，多个等待线程在满足if条件时都会被唤醒(虚假的)，但实际上条件并不满足，生产者生产出来的消费品已经被第一个线程消费了。

以上虚假唤醒参考自：https://stackoverflow.com/questions/8594591/why-does-pthread-cond-wait-have-spurious-wakeups

最后来举几个使用Condition的经典例子，顺序打印ABC。

创建ABCLogic类，然后创建一个Lock，获取三个Condition，设置初始类型为A。

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创建打印A,B,C的方法。

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最后使用main方法将A,B,C各打印五次。

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执行结果为：

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最后我们再使用经典生产者与消费者模型来写一下实例。

首先用传统synchronized与wait和notify来实现。

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接下来来我们使用Condition来实现。

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最后再复习一下使用阻塞队列来实现生产者与消费者模型。

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使用阻塞式队列就可以不用像非阻塞式队列需要手动挂起与唤醒，其内部实现已经帮我们全部实现了。

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