王者并发课-铂金6:青出于蓝-Condition如何把等待与通知玩出新花样


欢迎来到《王者并发课》,本文是该系列文章中的第19篇

在上一篇文章中,我们介绍了阻塞队列。如果你阅读过它的源码,那么你一定会注意到其中的condition变量以及它在读写队列时的使用。所以,本文就为你介绍Condition的来龙去脉和它的用法。

在前面的系列文章中,我们多次提到过synchronized关键字,相信你已经对它的用法了如于心。在多线程协作时,有两个另外的关键字经常和synchronized一同出现,它们相互配合,就是waitnotify,比如下面的这段代码:

public class CountingSemaphore {
  private int signals = 0;
  public synchronized void take() {
    this.signals++;
    this.notify();  // 发送通知
  }
  public synchronized void release() throws InterruptedException {
    while (this.signals == 0)
      this.wait(); // 释放锁,进入等待
    This.signals--;
  }
}

synchronized是Java的原生同步工具,waitnotify是它的原生搭档。然而,在铂金系列中,我们已经开始了Lock接口和它的一些实现,比如可重入锁ReentrantLock等。相比于synchronized,JUC所封装的这些锁工具在功能上要丰富得多,也更加容易使用。所以,相应地配套自然也要跟上,于是Condition就应运而生。

比如在上文的阻塞队列中,Condition就已经闪亮登场:

public class LinkedBlockingQueue < E > extends AbstractQueue < E >
    implements BlockingQueue < E > , java.io.Serializable {

        ...省略源码若干

        // 定义Condition
        // 注意,这里定义两个Condition对象,用于唤醒不同的线程
        private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
        private final Condition notFull = putLock.newCondition();

        public E take() throws InterruptedException {
            E x;
            int c = -1;
            final AtomicInteger count = this.count;
            final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
            takeLock.lockInterruptibly();
            try {
                while (count.get() == 0) {
                    // 进入等待
                    notEmpty.await();
                }
                x = dequeue();
                c = count.getAndDecrement();
                if (c > 1)
                    notEmpty.signal();
            } finally {
                takeLock.unlock();
            }
            if (c == capacity)
                signalNotFull();
            return x;
        }

        private void signalNotEmpty() {
            final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
            takeLock.lock();
            try {
                // 发送唤醒信号
                notEmpty.signal();
            } finally {
                takeLock.unlock();
            }
        }
        ...省略源码若干

    }

从功能定位上说,作为Lock的配套工具,Condition是waitnotifynotifyAll增强版本,waitnotify有的能力它都有,waitnotify没有的能力它也有

JUC中的Condition是以接口的形式出现,并定义了一些核心方法:

  • await():让当前线程进入等待,直到收到信号或者被中断;
  • await(long time, TimeUnit unit):让当前线程进入等待,直到收到信号或者被中断,或者到达指定的等待超时时间;
  • awaitNanos(long nanosTimeout):让当前线程进入等待,直到收到信号或者被中断,或者到达指定的等待超时时间,只是在时间单位上和上一个方法有所区别;
  • awaitUninterruptibly()让当前线程进入等待,直到收到信号。注意,这个方法对中断是不敏感的
  • awaitUntil(Date deadline)让当前线程进入等待,直到收到信号或者被中断,或者到达截止时间
  • signal():随机唤醒一个线程;
  • signalAll():唤醒所有等待的线程。

从Condition的核心方法中可以看到,相较于原生的通知与等待,它的能力明显增强了很多,比如awaitUninterruptibly()awaitUntil()。另外,Condition竟然是可以唤醒指定线程的,这就很有意思

作为接口,我们并不需要手动实现Condition,JUC已经提供了相关的实现,你可以在ReentrantLock中直接使用它。相关的类、接口之间的关系如下所示:

王者并发课-铂金6:青出于蓝-Condition如何把等待与通知玩出新花样

小结

以上就是关于Condition的全部内容。Condition并不复杂,它是JUC中Lock的配套,在理解时要结合原生的waitnotify去理解。关于Condition与它们之间的详细区别,已经都在下面的表格里:

对比项 Object’s Monitor methods Condition
前置条件 获取对象的锁 调用Lock获取锁,调用lock.newCondition()获取Condition对象
调用方式 直接调用,如object.wait() 直接调用,如condition.await()
等待队列个数 一个 多个
当前线程释放锁并进入等待状态 ✔︎ ✔︎
当前线程释放锁并进入等待状态,在等待时不响应中断 ✔︎
当前线程释放锁并进入超时等待 ✔︎ ✔︎
当前线程释放锁并进入等待到未来某个时刻 ✔︎
唤醒等待队列中的某一个线程 ✔︎ ✔︎
唤醒等待队列中的全部线程 ✔︎ ✔︎

理解表格中的各项差异,不要死记硬背,而是要基于Condition接口中定义的方法,从关键处理解它们的不同。

正文到此结束,恭喜你又上了一颗星✨

夫子的试炼

  • 编写代码使用Condition唤醒指定线程。

延伸阅读与参考资料

关于作者

从业近十年,先后从事敏捷与DevOps咨询、Tech Leader和管理等工作,对分布式高并发架构有丰富的实战经验。热衷于技术分享和特定领域书籍翻译,掘金小册《高并发秒杀的设计精要与实现》作者。


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