java多線程之JUC包下ReentrantLock和Condition的理解

1.概念

Condition主要是為了在J.U.C框架中提供和Java傳統(tǒng)的監(jiān)視器風(fēng)格的wait,notify和notifyAll方法類似的功能驳概。?JDK的官方解釋如下:條件(也稱為條件隊(duì)列 或條件變量)為線程提供了一個(gè)含義,以便在某個(gè)狀態(tài)條件現(xiàn)在可能為 true 的另一個(gè)線程通知它之前,一直掛起該線程(即讓其“等待”)。因?yàn)樵L問(wèn)此共享狀態(tài)信息發(fā)生在不同的線程中,所以它必須受保護(hù),因此要將某種形式的鎖與該條件相關(guān)聯(lián)勃痴。等待提供一個(gè)條件的主要屬性是:以原子方式 釋放相關(guān)的鎖,并掛起當(dāng)前線程,就像 Object.wait 做的那樣掌测。Condition實(shí)質(zhì)上是被綁定到一個(gè)鎖上朦前。


2.核心

理解ReentrantLock以及condition的關(guān)鍵是要理解它的內(nèi)部機(jī)制糊肠,其中核心就是:

ReentrantLock的AQS隊(duì)列擂啥、condition隊(duì)列、以及condition.await()方法才避、condition.signal()方法橱夭。


我們需要弄清楚的是:?

? ? ?1.AQS隊(duì)列和codition隊(duì)列之間是什么關(guān)系?桑逝?棘劣?

? ? ?2.condition.await()方法對(duì)condition隊(duì)列以及AQS隊(duì)列的影響?楞遏?

? ? ?3.condition.signal()方法對(duì)condition隊(duì)列以及AQS隊(duì)列的影響茬暇??

? ? 4.AQS隊(duì)列和鎖lock之間的關(guān)系橱健??



3.用代碼驗(yàn)證condition.await()方法

public class TestAwaitMain {

private static ReentrantLock? lock;

public static void main(String[] args) {

// TODO Auto-generated method stub

//1.線程A先持有鎖

//? 然后await

//在B中查詢是否能獲取鎖

//如果能則說(shuō)明 await()方法可以釋放鎖

lock=new ReentrantLock();

Condition condition = lock.newCondition();

//開(kāi)辟兩個(gè)線程

new Thread(new RunnableA(lock,condition),"t_A").start();

try {

? Thread.sleep(1000L);

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

new Thread(new RunnableB(lock,condition),"t_B").start();

lock.lock();

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"Condition隊(duì)列長(zhǎng)度是? :"+lock.getWaitQueueLength(condition));

System.out.println("等待獲取lock鎖的"+"AQS隊(duì)列長(zhǎng)度是 :"+lock.getQueueLength());

}

}




主測(cè)試程序


RunnableA的代碼

public class RunnableA implements Runnable {

private ReentrantLock lock;

private Condition condition;

public RunnableA(ReentrantLock lock, Condition condition) {

super();

this.lock = lock;

this.condition = condition;

}

@Override

public void run() {


System.out.println("線程A運(yùn)行");

? ? //先阻塞

lock.lock();

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的lock方法已經(jīng)執(zhí)行");

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"持有鎖嗎 ?:"+lock.isHeldByCurrentThread());

System.out.println("持有鎖的線程數(shù):"+ lock.getHoldCount());

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"準(zhǔn)備執(zhí)行await()方法");

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"等待獲取鎖的隊(duì)列長(zhǎng)度"+lock.getQueueLength());

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"Condition隊(duì)列長(zhǎng)度"+lock.getWaitQueueLength(condition));

lock.hasWaiters(condition);

condition.await();

//此時(shí)沙廉,如果不執(zhí)行await操作

//看看AQS隊(duì)列的長(zhǎng)度

Thread.sleep(10000L);

} catch (Exception e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

} finally {

// TODO: handle finally clause

//lock.unlock();

}

}

}



RunnableB的代碼

public class RunnableB implements Runnable {

? ? private ReentrantLock lock;

private Condition condition;

public RunnableB(ReentrantLock lock, Condition condition) {

super();

this.lock = lock;

this.condition = condition;

}

@Override

public void run() {


System.out.println("線程B運(yùn)行");

? ? //先阻塞

lock.lock();

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的lock方法已經(jīng)執(zhí)行");

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"持有鎖嗎 ?:"+lock.isHeldByCurrentThread());

System.out.println("持有鎖的線程數(shù):"+ lock.getHoldCount());

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"準(zhǔn)備執(zhí)行await()方法");

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"等待獲取鎖的AQS隊(duì)列長(zhǎng)度是 :"+lock.getQueueLength());

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"Condition隊(duì)列長(zhǎng)度是? "+lock.getWaitQueueLength(condition));

//lock.hasWaiters(condition);

condition.await();

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

} finally {

// TODO: handle finally clause

lock.unlock();

}

}

}



運(yùn)行結(jié)果


運(yùn)行結(jié)果


分析:

?可見(jiàn)拘荡,在調(diào)用condition.await()方法時(shí),其執(zhí)行流程是這樣的:

? ? 1.釋放當(dāng)前線程持有的鎖

? ? 2.把當(dāng)前線程加入到condition隊(duì)列的尾部撬陵,此時(shí)珊皿,condition的隊(duì)列長(zhǎng)度增加1。

? ? 3.當(dāng)前線程會(huì)在await()方法中不斷嘗試自旋獲取鎖巨税。如果獲取不到鎖蟋定,那么線程A就無(wú)法從await()方法中返回。



4.用代碼驗(yàn)證condition.signal()方法


/**

*

* 驗(yàn)證signal的作用:

*

*? ? 1.線程A先lock

*? ? 2.線程A再await

*? ? 3.線程B執(zhí)行l(wèi)ock

*? ? 4.線程B執(zhí)行signal操作

*? ? 5.此時(shí)草添,檢驗(yàn)線程Bsignal之后驶兜,線程A的await后面的代碼能執(zhí)行嗎??抄淑?

*? ?

*? ? //如果線程B只signal而不釋放鎖的話屠凶,此時(shí)線程A能從await中醒來(lái)嗎?肆资?矗愧??

* @author chihaojie

*

*/

public class TestSignalMain {

private static ReentrantLock? lock;

public static void main(String[] args) {

// TODO Auto-generated method stub

//1.線程A先持有鎖

//? 然后await

//在B中查詢是否能獲取鎖

//如果能則說(shuō)明 await()方法可以釋放鎖

lock=new ReentrantLock();

Condition condition = lock.newCondition();

//開(kāi)辟兩個(gè)線程

new Thread(new RunnableA(lock,condition),"t_A").start();

try {

? Thread.sleep(1000L);

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

new Thread(new RunnableB(lock,condition),"t_B").start();

}

}





主測(cè)試程序



RunnableA的代碼


public class RunnableA implements Runnable {

private ReentrantLock lock;

private Condition condition;

public RunnableA(ReentrantLock lock, Condition condition) {

super();

this.lock = lock;

this.condition = condition;

}

@Override

public void run() {


System.out.println("線程A運(yùn)行");

? ? //先阻塞

lock.lock();

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的lock方法已經(jīng)執(zhí)行");

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"持有鎖嗎 ?:"+lock.isHeldByCurrentThread());

System.out.println("持有鎖的線程數(shù):"+ lock.getHoldCount());

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"準(zhǔn)備執(zhí)行await()方法");

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"等待獲取鎖的隊(duì)列長(zhǎng)度"+lock.getQueueLength());

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的Condition隊(duì)列長(zhǎng)度"+lock.getWaitQueueLength(condition));

condition.await();

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的await被signal之后,持有鎖嗎 ?:"+lock.isHeldByCurrentThread());

//signal之后:

//condition隊(duì)列長(zhǎng)度為0郑原,AQS隊(duì)列長(zhǎng)度為1

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的await被signal之后:"+"AQS隊(duì)列長(zhǎng)度是 :"+lock.getQueueLength());

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的await被signal之后:"+"Condition隊(duì)列長(zhǎng)度是 :"+lock.getWaitQueueLength(condition));

//此時(shí)唉韭,如果不執(zhí)行await操作

//看看AQS隊(duì)列的長(zhǎng)度

//醒來(lái)之前的必須先獲取鎖

//That thread must then re-acquire the lock before returning from await.

Thread.sleep(10000L);

} catch (Exception e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

} finally {

// TODO: handle finally clause

lock.unlock();

}

}

}






RunnableB的代碼

public class RunnableB implements Runnable {

private ReentrantLock lock;

private Condition condition;

public RunnableB(ReentrantLock lock, Condition condition) {

super();

this.lock = lock;

this.condition = condition;

}

@Override

public void run() {


System.out.println("線程B運(yùn)行");

? ? //先阻塞

lock.lock();

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"的lock方法已經(jīng)執(zhí)行");

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"持有鎖嗎 ?:"+lock.isHeldByCurrentThread());

try {

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"等待獲取鎖的AQS隊(duì)列長(zhǎng)度是 :"+lock.getQueueLength());

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"Condition隊(duì)列長(zhǎng)度是? "+lock.getWaitQueueLength(condition));

//lock.hasWaiters(condition);

condition.signal();

//線程B再執(zhí)行了signal()方法之后,我們看一下此時(shí):AQS隊(duì)列的情況以及condition隊(duì)列的情況

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"執(zhí)行signal()方法之后等待獲取鎖的AQS隊(duì)列長(zhǎng)度是 :"+lock.getQueueLength());

System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"執(zhí)行signal()方法之后Condition隊(duì)列長(zhǎng)度是? "+lock.getWaitQueueLength(condition));

} catch (Exception e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

} finally {

// TODO: handle finally clause

//V2:注釋掉lock.unlock();

//即: 如果線程B不釋放鎖的話,即使線程B調(diào)用了signal()方法犯犁,那么線程A能從await方法返回嗎属愤??栖秕?

//V3

lock.unlock();

}

}

}






運(yùn)行結(jié)果:



運(yùn)行結(jié)果


分析結(jié)果:


從上面的運(yùn)行結(jié)果春塌,我們可以得知:

signal()方法都做了哪些事情?簇捍?只壳?

signal()方法:

? 1.將condition隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn),從condition隊(duì)列中移除

? 2.把上面移除的節(jié)點(diǎn)加入到AQS隊(duì)列的尾部

? 3.讓其等待再次獲取鎖暑塑。

可見(jiàn)吼句,當(dāng)線程B執(zhí)行了signal()之后,AQS隊(duì)列的長(zhǎng)度增加事格,condition隊(duì)列的長(zhǎng)度減少惕艳。并且線程A會(huì)一直在await()方法中嘗試自旋獲取鎖

如果獲取不到鎖,那么線程A就無(wú)法從await()方法中返回驹愚。



5.附上一張?jiān)韴D远搪,方便大家理解



await()方法導(dǎo)致condition隊(duì)列變長(zhǎng)




signal()方法讓Codition隊(duì)列減短,同時(shí)讓AQS隊(duì)列增長(zhǎng)



6.補(bǔ)充


對(duì)于lock.lock()方法的理解:

我們先來(lái)看一下逢捺,下面的這段代碼:

try {

? ? ? ? ? ? lock.lock();

? ? ? ? ? ? if (storage > 0) {

? ? ? ? ? ? ? ? putCondition.await();

? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? storage++;

? ? ? ? ? ? System.out.println("put => " + ++putCounter );

? ? ? ? ? ? getCondition.signal();

? ? ? ? } finally {

? ? ? ? ? ? lock.unlock();

? ? ? ? }



我們要知道

ReentrantLock是一個(gè)獨(dú)占式的鎖lock.lcck();

1.lock.lock()這是獲取鎖的操作

2.但是這把鎖有可能已經(jīng)被占用了

3.如果獲取鎖成功谁鳍,即線程繼續(xù)往下執(zhí)行

4.如果鎖已經(jīng)被其他線程獲取了,

5.則該線程會(huì)被阻塞住劫瞳,然后加入到AQS隊(duì)列中倘潜。

即: lock.lock()方法如果獲取不到鎖的話,就會(huì)把當(dāng)前線程加入到AQS隊(duì)列的尾部志于。

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