Java 多线程系列 8：JDK 中的管程实现之条件变量

2023-12-22
广东
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管程包括锁和条件变量，他们组合在一起解决了多线程互斥和协同的问题。上篇文章介绍了 JDK 包中的 Lock 接口以及主要的加锁方法，这篇文章介绍如何使用条件变量来解决多个线程协同的问题。和 Java 语言提供的由 synchronized/wait/nofity/notifyAll 组合实现的管程相比，JDK 包中实现的管程条件变量更加灵活和强大。

JDK 包的 Lock 接口有一个方法：newCondition()，这个方法返回一个条件变量（Condition）对象。与 synchronized 只能拥有一个条件变量相比，Lock 对象可以拥有多个条件变量，以实现复杂的状态控制。例如在生产者和消费者模式中，可以用两个条件变量（Full 和 Empty）来实现生产者和消费者之间的协同，具体做法就是通过 Condition 提供的 await/signal/signalAll 来实现。

Condition 提供的 await/signal/signalAll 和 Object 提供的 wait/notify/nofityAll 实现的功能是一样的，但千万不要用错。如果你用的是 JDK 包的 Lock，就不能调用 wait/nofity/nofityAll。

下面我们来看一个简单的例子：

package demo;
import java.util.Random;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class DummyFuture {    private Lock lock = new ReentrantLock();    private Condition condition = lock.newCondition();
    private Integer result = null;
    private void received(Integer result) {        lock.lock();        try {            this.result = result;            condition.signalAll();        } finally {            lock.unlock();        }
    }
    private Integer getResult() {        try {            lock.lock();            while (result == null) {                condition.await(); //等待有人在未来给一个结果值，否则一直等待            }            return result;        } catch (InterruptedException e) {            throw new RuntimeException(e);        } finally {            lock.unlock();        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        DummyFuture dummyFuture = new DummyFuture();
        Thread executor = new Thread(() -> {            try {                Thread.sleep(1000);                dummyFuture.received(new Random().nextInt(100));            } catch (InterruptedException e) {                throw new RuntimeException(e);            }        });        executor.start();        System.out.println(dummyFuture.getResult());        executor.join();    }}

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这个例子演示了如何基于条件变量来在两个线程间进行协同。主线程尝试获取一个值，获取不到则进入的等待。未来某个时候有别的线程来设置这个值，然后通知主线程，主线程于是被唤醒拿到结果。还有一个小细节，在通知主线程时，用了 condiation.signalAll()方法，记住：任何时候用 signalAll()方法总不会错，避免出现线程饥饿的情况。

同样的，我们也可以用类似的方式来实现生产者-消费者模式，当然你需要两个条件变量。具体这里就不给代码了，大家可以自行尝试一下。

上面的示例代码实际上是实现 Future 和线程池的一种思路，不过幸运的是，JDK 并发包中早就实现了功能非常强大的 Future 和 ThreadPoolExecutor，后继我们将继续介绍它们的用法和设计思路。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/39305e6900738571453fbf5c1】。文章转载请联系作者。