Condition等待与通知机制的详解

2023-10-04 03:04:31

Condition：Java中的线程同步利器

子标题 1：Condition 概述

Condition 是一种 Java 工具类，专为线程之间的通信和同步而设计。它与 Lock 对象协同工作，其中 Lock 控制对共享资源的访问，而 Condition 则负责协调线程的等待和唤醒。Condition 提供了两个基本方法：await() 和 signal()”。await()方法使线程进入等待状态，直到其他线程调用signal() 方法将其唤醒。另一方面，signal()` 方法唤醒一个或多个正在等待的线程。

子标题 2：await() 方法：线程的耐心等待

await() 方法使当前线程进入等待状态，直到其他线程调用 signal() 方法将其唤醒。该方法有两种形式：

await(): 无限期等待，直到被 signal() 唤醒。
await(long timeout, TimeUnit unit): 指定时间内等待，超时后自动返回。

调用 await() 时，线程释放对 Lock 的锁，并进入等待队列。当其他线程调用 signal() 时，它会唤醒等待队列中的一个或多个线程。被唤醒的线程重新获取 Lock 的锁，然后继续执行。

子标题 3：signal() 方法：唤醒沉睡的线程

signal() 方法唤醒一个或多个正在等待的线程。它也有两种形式：

signal(): 唤醒等待队列中的一个线程。
signalAll(): 唤醒等待队列中的所有线程。

调用 signal() 时，它从等待队列中选择一个或多个线程并将其唤醒。被唤醒的线程重新获取 Lock 的锁，然后继续执行。

子标题 4：Condition 的使用场景

Condition 对象通常用于以下场景：

线程通信： 线程之间可以协调等待和唤醒，从而实现高效通信。
线程池管理： Condition 可以用于管理线程池，确保线程数量不会超过预设阈值。
生产者-消费者问题： Condition 可以协调生产者和消费者线程之间的交互，防止缓冲区溢出或耗尽。

子标题 5：注意事项

使用 Condition 时，请注意以下事项：

Condition 必须与 Lock 对象一起使用。
调用 await() 之前必须获取 Lock 的锁。
调用 signal() 之前必须获取 Lock 的锁。
调用 await() 后必须释放 Lock 的锁，以便其他线程可以唤醒等待的线程。
调用 signal() 后必须释放 Lock 的锁，以便其他线程可以继续执行。

子标题 6：代码示例

以下示例演示了如何使用 Condition 来实现生产者-消费者问题：

class ProducerConsumer {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
    private final Queue<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
    private final int maxCapacity;

    public ProducerConsumer(int maxCapacity) {
        this.maxCapacity = maxCapacity;
    }

    public void produce(int item) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.size() == maxCapacity) {
                notFull.await();
            }
            queue.add(item);
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int consume() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {
                notEmpty.await();
            }
            int item = queue.remove();
            notFull.signal();
            return item;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}