java高并发系列-第13天:JUC中的Condition对象

本文目标：

创新互联建站服务项目包括宿城网站建设、宿城网站制作、宿城网页制作以及宿城网络营销策划等。多年来，我们专注于互联网行业，利用自身积累的技术优势、行业经验、深度合作伙伴关系等，向广大中小型企业、政府机构等提供互联网行业的解决方案，宿城网站推广取得了明显的社会效益与经济效益。目前，我们服务的客户以成都为中心已经辐射到宿城省份的部分城市，未来相信会继续扩大服务区域并继续获得客户的支持与信任！

1. synchronized中实现线程等待和唤醒
2. Condition简介及常用方法介绍及相关示例
3. 使用Condition实现生产者消费者
4. 使用Condition实现同步阻塞队列

Object对象中的wait()，notify()方法，用于线程等待和唤醒等待中的线程，大家应该比较熟悉，想再次了解的朋友可以移步到线程的基本操作

synchronized中等待和唤醒线程示例

package com.itsoku.chat09;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class Demo1 {
    static Object lock = new Object();

    public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            synchronized (lock) {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

    public static class T2 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            synchronized (lock) {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                lock.notify();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + " notify!");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备释放锁!");
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        T2 t2 = new T2();
        t2.setName("t2");
        t2.start();
    }
}

输出：

1：1563530109234,t1准备获取锁!
2：1563530109234,t1获取锁成功!
3：1563530114236,t2准备获取锁!
4：1563530114236,t2获取锁成功!
5：1563530114236,t2 notify!
6：1563530119237,t2准备释放锁!
7：1563530119237,t2释放锁成功!
8：1563530119237,t1释放锁成功!

代码结合输出的结果我们分析一下：

1. 线程t1先获取锁，然后调用了wait()方法将线程置为等待状态，然后会释放lock的锁
2. 主线程等待5秒之后，启动线程t2，t2获取到了锁，结果中1、3行时间相差5秒左右
3. t2调用lock.notify()方法，准备将等待在lock上的线程t1唤醒，notify()方法之后又休眠了5秒，看一下输出的5、8可知，notify()方法之后，t1并不能立即被唤醒，需要等到t2将synchronized块执行完毕，释放锁之后，t1才被唤醒
4. wait()方法和notify()方法必须放在同步块内调用（synchronized块内），否则会报错

Condition使用简介

在了解Condition之前，需要先了解一下重入锁ReentrantLock，可以移步到：JUC中的ReentranLock。

任何一个java对象都天然继承于Object类，在线程间实现通信的往往会应用到Object的几个方法，比如wait()、wait(long timeout)、wait(long timeout, int nanos)与notify()、notifyAll()几个方法实现等待/通知机制，同样的， 在java Lock体系下依然会有同样的方法实现等待/通知机制。

从整体上来看Object的wait和notify/notify是与对象监视器配合完成线程间的等待/通知机制，而Condition与Lock配合完成等待通知机制，前者是java底层级别的，后者是语言级别的，具有更高的可控制性和扩展性。两者除了在使用方式上不同外，在功能特性上还是有很多的不同：

1. Condition能够支持不响应中断，而通过使用Object方式不支持
2. Condition能够支持多个等待队列（new 多个Condition对象），而Object方式只能支持一个
3. Condition能够支持超时时间的设置，而Object不支持

Condition由ReentrantLock对象创建，并且可以同时创建多个，Condition接口在使用前必须先调用ReentrantLock的lock()方法获得锁，之后调用Condition接口的await()将释放锁，并且在该Condition上等待，直到有其他线程调用Condition的signal()方法唤醒线程，使用方式和wait()、notify()类似。

示例代码：

package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class Demo2 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

    public static class T2 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                condition.signal();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + " signal!");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备释放锁!");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        T2 t2 = new T2();
        t2.setName("t2");
        t2.start();
    }
}

输出：

1563532185827,t1准备获取锁!
1563532185827,t1获取锁成功!
1563532190829,t2准备获取锁!
1563532190829,t2获取锁成功!
1563532190829,t2 signal!
1563532195829,t2准备释放锁!
1563532195829,t2释放锁成功!
1563532195829,t1释放锁成功!

输出的结果和使用synchronized关键字的实例类似。

Condition.await()方法和Object.wait()方法类似，当使用Condition.await()方法时，需要先获取Condition对象关联的ReentrantLock的锁，在Condition.await()方法被调用时，当前线程会释放这个锁，并且当前线程会进行等待（处于阻塞状态）。在signal()方法被调用后，系统会从Condition对象的等待队列中唤醒一个线程，一旦线程被唤醒，被唤醒的线程会尝试重新获取锁，一旦获取成功，就可以继续执行了。因此，在signal被调用后，一般需要释放相关的锁，让给其他被唤醒的线程，让他可以继续执行。

Condition常用方法

Condition接口提供的常用方法有：

和Object中wait类似的方法

1. void await() throws InterruptedException:当前线程进入等待状态，如果其他线程调用condition的signal或者signalAll方法并且当前线程获取Lock从await方法返回，如果在等待状态中被中断会抛出被中断异常；
2. long awaitNanos(long nanosTimeout)：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者超时；
3. boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException：同第二种，支持自定义时间单位，false：表示方法超时之后自动返回的，true：表示等待还未超时时，await方法就返回了（超时之前，被其他线程唤醒了）
4. boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者到了某个时间
5. void awaitUninterruptibly();：当前线程进入等待状态，不会响应线程中断操作，只能通过唤醒的方式让线程继续

和Object的notify/notifyAll类似的方法

1. void signal()：唤醒一个等待在condition上的线程，将该线程从等待队列中转移到同步队列中，如果在同步队列中能够竞争到Lock则可以从等待方法中返回。
2. void signalAll()：与1的区别在于能够唤醒所有等待在condition上的线程

Condition.await()过程中被打断

package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class Demo4 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("中断标志：" + this.isInterrupted());
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        //给t1线程发送中断信号
        System.out.println("1、t1中断标志：" + t1.isInterrupted());
        t1.interrupt();
        System.out.println("2、t1中断标志：" + t1.isInterrupted());
    }
}

输出：

1、t1中断标志：false
2、t1中断标志：true
中断标志：false
java.lang.InterruptedException
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.reportInterruptAfterWait(AbstractQueuedSynchronizer.java:2014)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2048)
    at com.itsoku.chat09.Demo4$T1.run(Demo4.java:19)

调用condition.await()之后，线程进入阻塞中，调用t1.interrupt()，给t1线程发送中断信号，await()方法内部会检测到线程中断信号，然后触发InterruptedException异常，线程中断标志被清除。从输出结果中可以看出，线程t1中断标志的变换过程：false->true->false

await(long time, TimeUnit unit)超时之后自动返回

package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class Demo5 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",start");
                boolean r = condition.await(2, TimeUnit.SECONDS);
                System.out.println(r);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
    }
}

输出：

1563541624082,t1,start
false
1563541626085,t1,end

t1线程等待2秒之后，自动返回继续执行，最后await方法返回false，await返回false表示超时之后自动返回

await(long time, TimeUnit unit)超时之前被唤醒

package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class Demo6 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",start");
                boolean r = condition.await(5, TimeUnit.SECONDS);
                System.out.println(r);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒之后，唤醒t1线程
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

输出：

1563542046046,t1,start
true
1563542047048,t1,end

t1线程中调用condition.await(5, TimeUnit.SECONDS);方法会释放锁，等待5秒，主线程休眠1秒，然后获取锁，之后调用signal()方法唤醒t1，输出结果中发现await后过了1秒（1、3行输出结果的时间差），await方法就返回了，并且返回值是true。true表示await方法超时之前被其他线程唤醒了。

long awaitNanos(long nanosTimeout)超时返回

package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class Demo7 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",start");
                long r = condition.awaitNanos(TimeUnit.SECONDS.toNanos(5));
                System.out.println(r);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
    }
}

输出：

1563542547302,t1,start
-258200
1563542552304,t1,end

awaitNanos参数为纳秒，可以调用TimeUnit中的一些方法将时间转换为纳秒。

t1调用await方法等待5秒超时返回，返回结果为负数，表示超时之后返回的。

waitNanos(long nanosTimeout)超时之前被唤醒

package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class Demo8 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",start");
                long r = condition.awaitNanos(TimeUnit.SECONDS.toNanos(5));
                System.out.println(r);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒之后，唤醒t1线程
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

输出：

1563542915991,t1,start
3999988500
1563542916992,t1,end

t1中调用await休眠5秒，主线程休眠1秒之后，调用signal()唤醒线程t1，await方法返回正数，表示返回时距离超时时间还有多久，将近4秒，返回正数表示，线程在超时之前被唤醒了。

其他几个有参的await方法和无参的await方法一样，线程调用interrupt()方法时，这些方法都会触发InterruptedException异常，并且线程的中断标志会被清除。

同一个锁支持创建多个Condition

使用两个Condition来实现一个阻塞队列的例子：

package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
 */
public class BlockingQueueDemo {
    int size;//阻塞队列最大容量

    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    LinkedList list = new LinkedList<>();//队列底层实现

    Condition notFull = lock.newCondition();//队列满时的等待条件
    Condition notEmpty = lock.newCondition();//队列空时的等待条件

    public BlockingQueueDemo(int size) {
        this.size = size;
    }

    public void enqueue(E e) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (list.size() == size)//队列已满,在notFull条件上等待
                notFull.await();
            list.add(e);//入队:加入链表末尾
            System.out.println("入队：" + e);
            notEmpty.signal(); //通知在notEmpty条件上等待的线程
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public E dequeue() throws InterruptedException {
        E e;
        lock.lock();
        try {
            while (list.size() == 0)//队列为空,在notEmpty条件上等待
                notEmpty.await();
            e = list.removeFirst();//出队:移除链表首元素
            System.out.println("出队：" + e);
            notFull.signal();//通知在notFull条件上等待的线程
            return e;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueueDemo queue = new BlockingQueueDemo<>(2);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int data = i;
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        queue.enqueue(data);
                    } catch (InterruptedException e) {

                    }
                }
            }).start();
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Integer data = queue.dequeue();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}

代码非常容易理解，创建了一个阻塞队列，大小为3，队列满的时候，会被阻塞，等待其他线程去消费，队列中的元素被消费之后，会唤醒生产者，生产数据进入队列。上面代码将队列大小置为1，可以实现同步阻塞队列，生产1个元素之后，生产者会被阻塞，待消费者消费队列中的元素之后，生产者才能继续工作。

Object的监视器方法与Condition接口的对比

总结

1. 使用condition的步骤：创建condition对象，获取锁，然后调用condition的方法
2. 一个ReentrantLock支持床多个condition对象
3. void await() throws InterruptedException;方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持线程中断
4. void awaitUninterruptibly();方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，不支持线程中断
5. long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;参数为纳秒，此方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为负数；超时之前返回的，结果为正数（表示返回时距离超时时间相差的纳秒数）
6. boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为false；超时之前返回的，结果为true
7. boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;参数表示超时的截止时间点，方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为false；超时之前返回的，结果为true
8. void signal();会唤醒一个等待中的线程，然后被唤醒的线程会被加入同步队列，去尝试获取锁
9. void signalAll();会唤醒所有等待中的线程，将所有等待中的线程加入同步队列，然后去尝试获取锁

java高并发系列连载中，总计估计会有四五十篇文章，可以关注公众号：javacode2018，获取最新文章。