之前看到Java Concurrent包中有個Condition接口。這個接口如今已經(jīng)普遍用于線程通信, 使用方法主要依靠condition的await方法和signal方法，但這一對方法和Java經(jīng)典的wait鹿霸，notify方法對頗為相似。但這個新的方法對有什么好處呢蔑水，思考過后得出一句結(jié)論：減少無謂的喚醒早芭。
于是寫下這篇文章做個簡單的筆記，文章首先簡要介紹一下預(yù)備知識恬叹，但不打算詳細(xì)說，畢竟重點僅放在condition上同眯。介紹完畢后就是Condition的使用方法以及舉例說明Condition好處在哪绽昼。
Java線程間的通信
Java 線程通信最常用的就是經(jīng)典的三種:
- volatile 共享變量輪詢
- synchronized 下使用object的wait，notify方法對
- ReentrantLock下使用condition的await须蜗，signal方法對
volatile 共享變量輪詢, 核心代碼如下
public class Main{
volatile boolean shouldStop = false;
Thread thread_1 = new Thread(){
@Override
public void run() {
while(!shouldStop){
//do something
}
}
};
Thread thread_2 = new Thread(){
@Override
public void run() {
try{
sleep(1000);
shouldStop = true;
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
};
}
線程1和線程2通過共享shouldStop來決定是否停止工作硅确，至于為什么要用volatile關(guān)鍵字目溉，主要有兩點:
- 強制共享變量修改時flush回主存
- 禁止cpu優(yōu)化代碼時的指令重排
具體的可以看這里 http://www.importnew.com/23535.html
synchronized中使用wait，notify方法對
雖然這個方法估計各位大佬都已經(jīng)熟爛了菱农，但為了和await缭付，signal機制做對比，請允許我寫一個生產(chǎn)者/消費者 模型來做說明循未。
public interface Buffer {
void put(Integer integer) throws InterruptedException;
Integer take() throws InterruptedException;
}
import java.util.ArrayList;
public class ClassicBuffer implements Buffer{
private Object lock = new Object();
private final static int CAPACITY = 1;
private int count = 0;
private ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(CAPACITY);
public ArrayList<Integer> getList(){
return list;
}
public void put(Integer e) throws InterruptedException{
if(e == null){
return;
}
synchronized (lock) {
try{
while(count == CAPACITY){
lock.wait();
System.out.println("Classic_Put: "+Thread.currentThread());
}
list.add(e);
count++;
lock.notifyAll();
}catch (InterruptedException exception) {
// TODO: handle exception
exception.printStackTrace();
}
}
}
public synchronized Integer take() throws InterruptedException{
synchronized (lock) {
Integer e = -1;
try{
while(count == 0){
lock.wait();
System.out.println("Classic_Take: "+Thread.currentThread() );
}
e = list.get(count % CAPACITY);
count --;
lock.notifyAll();
return e;
}catch (InterruptedException exception) {
// TODO: handle exception
return e;
}
}
}
}
這是用object的notify和wait來實現(xiàn)阻塞隊列的核心代碼陷猫，稍微解釋一下代碼含義。
阻塞隊列實現(xiàn)Buffer接口的妖，這個接口只有put和take兩個方法, 容量大小為定義好的常量CAPACITY绣檬，這里是1，當(dāng)前容量用count變量來統(tǒng)計羔味。
生產(chǎn)者(put):
put的時候如果滿足當(dāng)前容量count 等于容量CAPACITY河咽，那說明隊列已經(jīng)滿了，不能再投放數(shù)據(jù)了赋元，因此要用wait()來阻塞自己忘蟹。如果容量未滿，那么可以投放數(shù)據(jù)搁凸，一旦投放數(shù)據(jù)媚值，隊列就不為空，此時很有可能有一些消費者在阻塞等待隊列不為空护糖，因此這時候要喚醒這些等待的消費者褥芒。這里用的是notifyAll來做喚醒(個人覺得不應(yīng)該使用notify，因為notify只會隨機喚醒一條線程嫡良，如果有多條生產(chǎn)者線程會出現(xiàn)麻煩锰扶，后面會細(xì)細(xì)道來)。
消費者(take):
邏輯和生產(chǎn)者相似寝受，如果當(dāng)前容量count已經(jīng)等于0坷牛，那么說明隊列為空，沒有數(shù)據(jù)很澄，因此消費者需要wait自己來阻塞等待數(shù)據(jù)到來京闰。如果容量不為空，那么消費者會取走一個數(shù)據(jù)甩苛，容量減少蹂楣，因此隊列此時一定不滿，需要notifyAll來喚醒阻塞中的生產(chǎn)者讯蒲。
另外: 生產(chǎn)者消費者只需要在runnable中實現(xiàn)調(diào)用這個阻塞隊列的put/take就可以了痊土，這部分的代碼會在本文末章奉上。
ReentrantLock中使用condition 的await墨林，signal方法對
import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ConditionBuffer implements Buffer{
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition notEmpty = lock.newCondition();
private Condition notFull = lock.newCondition();
private final static int CAPACITY = 1;
private int count = 0;
private ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(CAPACITY);
public ArrayList<Integer> getList(){
return list;
}
public void put(Integer e) throws InterruptedException{
if(e == null){
return;
}
lock.lock();
try{
while(count == CAPACITY){
notFull.await();
System.out.println("Reentrant_put: "+Thread.currentThread());
}
list.add(e);
count++;
notEmpty.signal();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public Integer take() throws InterruptedException{
lock.lock();
while(count == 0){
notEmpty.await();
System.out.println("Reentrant_take: "+Thread.currentThread());
}
try{
Integer e = list.get(count % CAPACITY);
count --;
notFull.signal();
return e;
}finally {
lock.unlock();
}
}
}
這段代碼的邏輯和上一段是一樣的施戴，不同的地方是使用ReentrantLock代替synchronized來做同步, 用condition代替object來做線程通信反浓。
具體的使用方法跟object的wait萌丈，notify很相似赞哗，await和signal同樣要在同步區(qū)中調(diào)用，并且使用ReentrantLock要記得手動unlock辆雾。稍微提一提ReentrantLock肪笋。
ReentrantLock是 Java concurrent包里實現(xiàn)的可重入鎖機制。它和synchronized的主要區(qū)別是
ReentrantLock是在java層面上實現(xiàn)的度迂，基于AQS(AbstractQueuedSynchronized)框架下使用自旋CAS機制實現(xiàn)藤乙，另外ReentrantLock擴展了很多額外的同步方法，比如公平鎖惭墓，非公平鎖坛梁，可中斷鎖，非阻塞鎖腊凶。
而synchronized是基于JVM層面實現(xiàn)的划咐，使用計數(shù)監(jiān)視鎖來做同步。
具體可以到這里看 http://hanhailong.com/
Condition比object通信好在哪
扯了那么多钧萍，終于來到做筆記的地方啦褐缠。再次說一遍好處：condition減少無謂的喚醒。
咱們現(xiàn)在開始把生產(chǎn)消費搞起风瘦，做一次測試队魏。
生產(chǎn)者線程:
public class Producer implements Runnable{
Buffer buffer;
public Producer(Buffer buffer){
this.buffer = buffer;
}
public void run(){
try{
while(true){
buffer.put(1);
}
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
// TODO: handle exception
}
}
}
消費者線程
public class Consumer implements Runnable {
Buffer buffer;
public Consumer(Buffer buffer){
this.buffer = buffer;
}
public void run(){
try{
while(true){
buffer.take();
}
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
// TODO: handle exception
}
}
}
很簡單對吧，僅僅是把實現(xiàn)好的阻塞隊列注入到線程中万搔。好胡桨，現(xiàn)在我們創(chuàng)建三條生產(chǎn)者線程，一條消費者線程瞬雹。走起
public class Main {
public static void main(String[] args){
ClassicBuffer classicBuffer = new ClassicBuffer();
ConditionBuffer blockBuffer = new ConditionBuffer();
Thread thread_1;
Thread thread_2;
Thread thread_3;
Thread thread_4;
Consumer consumer;
Producer producer;
if(args[0].contains("classic")){
consumer = new Consumer(classicBuffer);
producer = new Producer(classicBuffer);
}
else{
consumer = new Consumer(blockBuffer);
producer = new Producer(blockBuffer);
}
thread_1 = new Thread(consumer);
thread_2 = new Thread(producer);
thread_3 = new Thread(producer);
thread_4 = new Thread(producer);
thread_1.start();
thread_2.start();
thread_3.start();
thread_4.start();
}
}
0號是來看看結(jié)果吧昧谊，先上condition的結(jié)果
因為隊列只有1容量，出現(xiàn)了與預(yù)想中一樣很均勻的線程切換: 一個生產(chǎn)者挖炬，一個消費者輪流切換揽浙，沒有任何多余的線程喚醒。
再看object wait/notify的結(jié)果
是時候做分析了
我們先看回上面的object和condition實現(xiàn)的阻塞隊列代碼意敛。再次貼一些關(guān)鍵的部分, 以生產(chǎn)者為例馅巷，
// ConditionBuffer.Put()
lock.lock();
try{
while(count == CAPACITY){
notFull.await();
System.out.println("Reentrant_put: "+Thread.currentThread());
}
list.add(e);
count++;
notEmpty.signal();
}finally {
lock.unlock();
}
//ClassicBuffer.Put()
synchronized (lock) {
try{
while(count == CAPACITY){
lock.wait();
System.out.println("Classic_Put: "+Thread.currentThread());
}
list.add(e);
count++;
lock.notifyAll();
}catch (InterruptedException exception) {
// TODO: handle exception
exception.printStackTrace();
}
}
很明顯，對比兩個結(jié)果草姻，object實現(xiàn)的結(jié)果比condition實現(xiàn)的結(jié)果每次多了兩條無謂線程的切換钓猬，因為object每次是以notifyAll來喚醒的，所以所有等待中的線程撩独，無論是生產(chǎn)者和消費者都要被喚醒敞曹。
但考慮到隊列容量只有1账月，當(dāng)生產(chǎn)者線程1完成數(shù)據(jù)插入時，它會把生產(chǎn)者線程2澳迫，3以及消費者線程0給喚醒局齿，顯然，生產(chǎn)者線程此時被喚醒之后做的唯一一件事就是判斷容量是否等于1橄登，由于此時生產(chǎn)者線程1剛剛完成插入抓歼，因此，2拢锹，3生產(chǎn)者發(fā)現(xiàn)容量等于1谣妻，再次進入wait，相當(dāng)于他們這次醒來什么都沒干卒稳，造成線程切換的浪費蹋半。
然而聰明的你們可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了"你這不公平！憑什么object要用notifyAll充坑，而condition用的是signal并非是signalAll!"
好减江，好，先把刀放下匪傍，signal能夠完成任務(wù)咱就不討論用signalAll了您市，因為有快的方法就沒有必要用慢的對吧。那我們討論能不能用notify役衡，把消費者所有的notifyAll改成notify茵休，代碼就不貼出來了，直接看結(jié)果手蝎。
咦榕莺？程序卡住不動了。為什么棵介？
我們分析一下結(jié)果
- 程序剛進入钉鸯，0號消費者啟動: 隊列容量0, 發(fā)現(xiàn)容量為0，阻塞自己邮辽。
- 生產(chǎn)者2號啟動: 發(fā)現(xiàn)隊列容量為0唠雕，插入數(shù)據(jù)，容量變?yōu)?吨述。notify喚醒別的線程岩睁，然而很不幸，它喚醒了1號生產(chǎn)者揣云。
- 生產(chǎn)者1號啟動：發(fā)現(xiàn)隊列容量為1捕儒，接著睡。
就這樣結(jié)束了，再也沒有別的線程能喚醒整個系統(tǒng)刘莹，因此卡死了阎毅。
但是為什么condition只用signal就可以，而不需要用signalAll呢点弯？
因為condition只會喚醒獲得相同條件鎖的線程扇调。也就是生產(chǎn)者喚醒的永遠(yuǎn)是消費者, 反之亦然。參考上面代碼蒲拉，生產(chǎn)者使用notEmpty.signal()肃拜，而它本身是以notFull.await()來阻塞自己的，所以生產(chǎn)者并不會喚醒生產(chǎn)者雌团，消費者大家可以同樣去分析。
好了士聪，大概就是這樣锦援，如果有什么不滿意的，歡迎討論剥悟。
