架构师之路：深入理解 Condition 重入锁
前言
我们经常需要面对复杂的多线程并发控制问题。在这方面，重入锁（Reentrant Lock）是一个常用的工具，它允许线程在持有锁的情况下再次获取同一个锁，从而避免了死锁等问题。而本文将深入探讨重入锁的其中一种实现方式——Condition，以及如何在实际开发中巧妙地使用它来管理多线程并发。本文将逐步介绍Condition重入锁的搭配类，为您提供详细的代码示例，让您的多线程编程水平更上一层楼。
1. 重入锁与Condition简介
1.1 重入锁（Reentrant Lock）
重入锁是一种高级的线程同步工具，与传统的synchronized关键字相比，它提供了更灵活的线程控制能力。重入锁允许一个线程多次获取同一把锁，而不会导致死锁。这使得它在复杂的并发控制场景中非常有用。
1.2 Condition
Condition是重入锁的一部分，它用于管理线程的等待和唤醒。Condition允许线程在某个条件不满足时进入等待状态，当条件满足时，其他线程可以通知等待的线程继续执行。Condition提供了await()和signal()（或signalAll()）等方法来实现线程的等待和唤醒操作。
2. 使用Condition进行线程等待和唤醒
2.1 await()方法
await()方法用于将当前线程置于等待状态，直到其他线程调用signal()或signalAll()方法来唤醒它。await()方法可以指定一个超时时间，如果超过指定时间仍未被唤醒，线程也会自动苏醒。
示例代码：
代码语言：java复制// 创建一个重入锁
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 创建一个与锁关联的Condition
Condition condition = lock.newCondition();
try {
// 获取锁
lock.lock();
// 在条件不满足的情况下等待
condition.await();
// 执行其他操作
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}2.2 signal()和signalAll()方法
signal()方法用于唤醒一个等待在Condition上的线程，而signalAll()方法则会唤醒所有等待在Condition上的线程。这两个方法通常与await()方法一起使用，用于实现线程间的协作。
示例代码：
代码语言：java复制// 创建一个重入锁
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 创建一个与锁关联的Condition
Condition condition = lock.newCondition();
try {
// 获取锁
lock.lock();
// 唤醒等待的线程
condition.signal();
// 执行其他操作
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}3. Condition的应用场景
Condition适用于许多多线程并发的场景，特别是当线程需要等待某个条件满足时才能继续执行时。以下是一些常见的应用场景：
3.1 生产者-消费者模型
在生产者-消费者模型中，生产者线程生产数据，而消费者线程消费数据。当队列为空时，消费者线程需要等待，当队列满时，生产者线程需要等待。这时就可以使用两个Condition分别控制生产者和消费者线程的等待和唤醒。
3.2 线程池管理
当线程池中的线程数量达到上限时，新任务需要等待有空闲线程时才能执行。这时可以使用一个Condition来管理等待执行的任务。
3.3 控制任务执行顺序
有时候需要按照特定的顺序执行一系列任务，这时可以使用多个Condition来实现任务的等待和唤醒。
4. 实际示例演示
接下来，我们将通过一个实际的示例来演示如何使用Condition来管理多线程并发。假设我们有一个简单的任务队列，多个线程可以向队列中添加任务，同时多个线程可以从队列中取出任务并执行。我们希望实现以下功能：
- 当队列为空时，消费者线程等待任务。
- 当队列满时，生产者线程等待空闲位置。
- 生产者生产完任务后唤醒一个等待的消费者线程。
- 消费者消费完任务后唤醒一个等待的生产者线程。
示例代码如下：
代码语言：java复制import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class TaskQueue {
private final Queue<String> queue = new LinkedList<>();
private final int maxSize = 10;
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
private final Condition notFull = lock.newCondition();
public void produce(String task) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (queue.size() >= maxSize) {
// 队列已满，等待消费者消费
notFull.await();
}
queue.add(task);
System.out.println("Produced: " task);
// 唤醒等待的消费者线程
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public String consume() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (queue.isEmpty()) {
// 队列为空，等待生产者生产
notEmpty.await();
}
String task = queue.poll();
System.out.println("Consumed: " task);
// 唤醒等待的生产者线程
notFull.signal();
return task;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}5. 总结与互动
在本文中，我们深入探讨了Condition重入锁的搭配类，介绍了重入锁与Condition的基本概念，以及如何使用它们来管理多线程并发。我们还通过一个实际示例演示了Condition的应用，展示了如何实现生产者-消费者模型。希望通过本文的学习，您对多线程编程中的并发控制有了更深入的理解。
如果您喜欢这篇博客，欢迎点赞、评论并与我们互动。如果您有任何问题或建议，也请随时提出，我们将竭诚为您解答。多线程编程是一个复杂而有趣的领域，希望本文能帮助您在这方面取得更大的进步。感谢您的阅读！
我正在参与2023腾讯技术创作特训营第二期有奖征文，瓜分万元奖池和键盘手表
