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Java 的 Condition 接口与等待通知机制详解

作者：潜意识Java

在 Java 并发编程里,实现线程间的协作与同步是极为关键的任务,本文将深入探究Condition接口及其背后的等待通知机制,感兴趣的朋友一起看看吧

一、引言

在 Java 并发编程里，实现线程间的协作与同步是极为关键的任务。除了使用 Object 类的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法实现简单的等待 - 通知机制外，Java 还提供了 Condition 接口，它与 ReentrantLock 配合使用，能实现更灵活、更精细的线程间通信。本文将深入探究 Condition 接口及其背后的等待通知机制。

二、Condition 接口概述

2.1 基本概念

Condition 接口位于 java.util.concurrent.locks 包中，它提供了类似 Object 类的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法的功能，但 Condition 更为强大和灵活。Condition 实例是通过 Lock 对象的 newCondition() 方法创建的，每个 Lock 对象可以创建多个 Condition 实例，这使得我们可以针对不同的条件进行线程的等待和唤醒操作。

2.2 与 Object 类等待通知方法的区别

三、Condition 接口的常用方法

3.1 await () 方法

await() 方法会使当前线程进入等待状态，直到其他线程调用该 Condition 的 signal() 或 signalAll() 方法，或者当前线程被中断。调用 await() 方法时，当前线程会释放持有的 Lock，在被唤醒后，会重新获取该 Lock。示例代码如下：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class AwaitExample {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();
    public void awaitMethod() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is waiting.");
            condition.await();
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is awakened.");
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3.2 signal () 方法

signal() 方法会唤醒在该 Condition 上等待的单个线程。如果有多个线程在等待，只会唤醒其中一个线程，具体唤醒哪个线程是不确定的。示例代码如下：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SignalExample {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();
    public void signalMethod() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is signaling.");
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

3.3 signalAll () 方法

signalAll() 方法会唤醒在该 Condition 上等待的所有线程。被唤醒的线程会竞争获取 Lock，获取到 Lock 的线程将继续执行。示例代码如下：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SignalAllExample {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();
    public void signalAllMethod() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is signaling all.");
            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

四、Condition 接口的应用场景

4.1 生产者 - 消费者模式

使用 Condition 接口可以实现更复杂的生产者 - 消费者模式。例如，当缓冲区满时，生产者线程等待；当缓冲区为空时，消费者线程等待。示例代码如下：

import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class Buffer {
    private final LinkedList<Integer> buffer = new LinkedList<>();
    private static final int MAX_SIZE = 5;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
    public void produce(int item) {
        lock.lock();
        try {
            while (buffer.size() == MAX_SIZE) {
                System.out.println("Buffer is full, producer is waiting.");
                notFull.await();
            }
            buffer.add(item);
            System.out.println("Produced: " + item);
            notEmpty.signal();
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public int consume() {
        lock.lock();
        try {
            while (buffer.size() == 0) {
                System.out.println("Buffer is empty, consumer is waiting.");
                notEmpty.await();
            }
            int item = buffer.removeFirst();
            System.out.println("Consumed: " + item);
            notFull.signal();
            return item;
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            return -1;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
public class ProducerConsumerWithCondition {
    public static void main(String[] args) {
        Buffer buffer = new Buffer();
        Thread producer = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                buffer.produce(i);
            }
        });
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                buffer.consume();
            }
        });
        producer.start();
        consumer.start();
    }
}

4.2 多线程任务协调

在一些多线程任务中，需要根据不同的条件来协调线程的执行顺序。例如，一个线程需要等待其他几个线程完成特定任务后才能继续执行，这时可以使用 Condition 接口来实现。

五、Condition 接口的实现原理

Condition 接口的实现通常依赖于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）。每个 Condition 实例都有一个与之关联的等待队列，当线程调用 await() 方法时，会将该线程封装成一个节点加入到等待队列中，并释放持有的 Lock。当其他线程调用 signal() 或 signalAll() 方法时，会从等待队列中移除相应的节点，并将其加入到 Lock 的同步队列中，等待获取 Lock。

六、使用 Condition 接口的注意事项

6.1 锁的获取和释放

在调用 Condition 接口的方法之前，必须先获取关联的 Lock，并且在使用完后要确保释放 Lock，通常使用 try - finally 块来保证这一点。

6.2 中断处理

await() 方法会抛出 InterruptedException 异常，因此需要在代码中进行适当的异常处理，以确保线程在被中断时能够正确响应。

6.3 条件判断

在调用 await() 方法时，通常需要使用 while 循环来进行条件判断，而不是 if 语句。这是因为在多线程环境下，线程被唤醒后可能会出现虚假唤醒的情况，使用 while 循环可以确保条件仍然满足。

七、总结

Condition 接口为 Java 并发编程提供了一种强大而灵活的线程间等待通知机制。通过与 ReentrantLock 配合使用，可以实现更复杂、更精细的线程同步和协作。在实际开发中，根据具体的业务需求合理使用 Condition 接口，能够提高程序的并发性能和可靠性。同时，需要注意锁的获取和释放、中断处理以及条件判断等问题，以避免出现并发问题。

到此这篇关于探究 Java 的 Condition 接口与等待通知机制的文章就介绍到这了,更多相关java condition 等待通知机制内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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