基本线程同步（八）在Lock中使用多个条件

2022-04-14 07:56:52

在Lock中使用多个条件

一个锁可能伴随着多个条件。这些条件声明在Condition接口中。这些条件的目的是允许线程拥有锁的控制并且检查条件是否为true，如果是false，那么线程将被阻塞，直到其他线程唤醒它们。Condition接口提供一种机制，阻塞一个线程和唤醒一个被阻塞的线程。

在并发编程中，生产者与消费者是经典的问题。我们有一个数据缓冲区，一个或多个数据生产者往缓冲区存储数据，一个或多个数据消费者从缓冲区中取出数据，正如在这一章中前面所解释的一样。

在这个指南中，你将学习如何通过使用锁和条件来实现生产者与消费者问题。

准备工作…

你应该事先阅读使用Lock同步代码的指南，才能更好的理解这个食谱。

如何做…

按以下步骤来实现的这个例子:

1.首先，让我们创建一个类来模拟文本文件。创建FileMock类，包括两个属性：一个字符串数组类型，名叫content，另一个int类型，名叫index。它们将存储文件内容和被检索到的模拟文件的行数。

1

public class FileMock {

2

private String content[];

3

private int index;

2.实现FileMock类的构造器，用随机字符初始化文件的内容。

01

public FileMock(int size, int length){

02

content=new String[size];

03

for (int i=0; i<size; i++){

04

StringBuilder buffer=new StringBuilder(length);

05

for (int j=0; j<length; j++){

06

int indice=(int)Math.random()*255;

07

buffer.append((char)indice);

08
}

09
content[i]=buffer.toString();

10
}

11

index=0;

12
}

3.实现hasMoreLines()方法，如果文件有更多的行来处理，则返回true，如果我们已经取到了模拟文件的尾部，则返回false。

1

public boolean hasMoreLines(){

2

return index<content.length;

3
}

4.实现getLine()方法，返回index属性所确定的行数并增加其值。

1

public String getLine(){

2

if (this.hasMoreLines()) {

3

System.out.println("Mock: "+(content.length-index));

4

return content[index++];

5
}

6

return null;

7
}

5.现在，实现Buffer类，用来实现在生产者与消费者之间共享的缓冲区。

1

public class Buffer {

6.Buffer类，有6个属性：

一个类型为LinkedList<String>，名为buffer的属性，用来存储共享数据
一个类型为int，名为maxSize的属性，用来存储缓冲区的长度
一个名为lock的ReentrantLock对象，用来控制修改缓冲区代码块的访问
两个名分别为lines和space，类型为Condition的属性
一个Boolean类型，名为pendingLines的属性，表明如果缓冲区中有行

1

private LinkedList<String> buffer;

2

private int maxSize;

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private ReentrantLock lock;

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private Condition lines;

5

private Condition space;

6

private boolean pendingLines;

7.实现Buffer类的构造器，初始化前面描述的所有属性。

1

public Buffer(int maxSize) {

2

this.maxSize=maxSize;

3

buffer=new LinkedList<>();

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lock=new ReentrantLock();

5
lines=lock.newCondition();

6
space=lock.newCondition();

7

pendingLines=true;

8
}

8. 实现insert()方法，接收一个String类型参数并试图将它存储到缓冲区。首先，它获得锁的控制。当它有锁的控制，它将检查缓冲区是否有空闲空间。如果缓冲区已满，它将调用await()方法在space条件上等待释放空间。如果其他线程在space条件上调用signal()或 signalAll()方法，这个线程将被唤醒。当这种情况发生，这个线程在缓冲区上存储行并且在lines条件上调用signallAll()方法，稍后我们将会看到，这个条件将会唤醒所有在缓冲行上等待的线程。

01

public void insert(String line) {

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lock.lock();

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try {

04

while (buffer.size() == maxSize) {

05
space.await();

06
}

07
buffer.offer(line);

08

System.out.printf("%s: Inserted Line: %d\n", Thread.

09
currentThread().getName(),buffer.size());

10
lines.signalAll();

11

} catch (InterruptedException e) {

12
e.printStackTrace();

13

} finally {

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lock.unlock();

15
}

16
}

9. 实现get()方法，它返回存储在缓冲区上的第一个字符串。首先，它获取锁的控制。当它拥有锁的控制，它检查缓冲区是否有行。如果缓冲区是空的，它调用 await()方法在lines条件上等待缓冲区中的行。如果其他线程在lines条件上调用signal()或signalAll()方法，这个线程将被唤醒。当它发生时，这个方法获取缓冲区的首行，并且在space条件上调用signalAll()方法，然后返回String。

01

public String get() {

02

String line=null;

03
lock.lock();

04

try {

05

while ((buffer.size() == 0) &&(hasPendingLines())) {

06
lines.await();

07
}

08

if (hasPendingLines()) {

09
line = buffer.poll();

10

System.out.printf("%s: Line Readed: %d\n",Thread.

11
currentThread().getName(),buffer.size());

12
 
13
space.signalAll();

14
}

15

} catch (InterruptedException e) {

16
e.printStackTrace();

17

} finally {

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lock.unlock();

19
}

20

return line;

21
}

10.实现setPendingLines()方法，用来设置pendingLines的值。当没有更多的行生产时，它将被生产者调用。

1

public void setPendingLines(boolean pendingLines) {

2

this.pendingLines=pendingLines;

3
}

11.实现hasPendingLines()方法，如果有更多的行被处理时，返回true，否则返回false。

1

public boolean hasPendingLines() {

2

return pendingLines || buffer.size()>0;

3
}

12.现在轮到生产者，实现Producer类，并指定其实现Runnable接口。

1

public class Producer implements Runnable {

13.声明两个属性：一个FileMock类对象，另一个Buffer类对象。

1

private FileMock mock;

2

private Buffer buffer;

14.实现Producer类的构造器，初始化这两个属性。

1

public Producer (FileMock mock, Buffer buffer){

2

this.mock=mock;

3

this.buffer=buffer;

4
}

15.实现run()方法，读取在FileMock对象中创建的所有行，并使用insert()方法将它们存储到缓冲区。一旦这个过程结束，使用setPendingLines()方法警告缓冲区，不会再产生更多的行。

1
@Override

2

public void run() {

3

buffer.setPendingLines(true);

4

while (mock.hasMoreLines()){

5
String line=mock.getLine();

6
buffer.insert(line);

7
}

8

buffer.setPendingLines(false);

9
}

16.接下来轮到消费者，实现Consumer类，并指定它实现Runnable接口。

1

public class Consumer implements Runnable {

17.声明Buffer对象，实现Consumer构造器来初始化这个对象。

1

private Buffer buffer;

2

public Consumer (Buffer buffer) {

3

this.buffer=buffer;

4
}

18.实现run()方法，当缓冲区有等待的行，它将获取一个并处理它。

1
@Override

2

public void run() {

3

while (buffer.hasPendingLines()) {

4
String line=buffer.get();

5
processLine(line);

6
}

7
}

19.实现辅助方法processLine()，它只睡眠10毫秒，用来模拟某种行的处理。

1

private void processLine(String line) {

2

try {

3

Random random=new Random();

4

Thread.sleep(random.nextInt(100));

5

} catch (InterruptedException e) {

6
e.printStackTrace();

7
}

8
}

20.通过创建类名为Main，且包括main（）方法来实现这个示例的主类。

1

public class Main {

2

public static void main(String[] args) {

21.创建一个FileMock对象。

1

FileMock mock=new FileMock(100, 10);

22.创建一个Buffer对象。

1

Buffer buffer=new Buffer(20);

23.创建Producer对象，并且用10个线程运行它。

1

Producer producer=new Producer(mock, buffer);

2

Thread threadProducer=new Thread(producer,"Producer");

24.创建Consumer对象，并且用10个线程运行它。

1

Consumer consumers[]=new Consumer[3];

2

Thread threadConsumers[]=new Thread[3];

3

for (int i=0; i<3; i++){

4

consumers[i]=new Consumer(buffer);

5

threadConsumers[i]=new Thread(consumers[i],"Consumer "+i);

6
}

25.启动producer和3个consumers。

1
threadProducer.start();

2

for (int i=0; i<3; i++){

3
threadConsumers[i].start();

4
}

它是如何工作的…

所有Condition对象都与锁有关，并且使用声明在Lock接口中的newCondition()方法来创建。使用condition做任何操作之前，你必须获取与这个condition相关的锁的控制。所以，condition的操作一定是在以调用Lock对象的lock()方法为开头，以调用相同 Lock对象的unlock()方法为结尾的代码块中。

当一个线程在一个condition上调用await()方法时，它将自动释放锁的控制，所以其他线程可以获取这个锁的控制并开始执行相同操作，或者由同个锁保护的其他临界区。

注释：当一个线程在一个condition上调用signal()或signallAll()方法，一个或者全部在这个condition上等待的线程将被唤醒。这并不能保证的使它们现在睡眠的条件现在是true，所以你必须在while循环内部调用await()方法。你不能离开这个循环，直到 condition为true。当condition为false，你必须再次调用 await()方法。

你必须十分小心，在使用await()和signal()方法时。如果你在condition上调用await()方法而却没有在这个condition上调用signal()方法，这个线程将永远睡眠下去。

在调用await()方法后，一个线程可以被中断的，所以当它正在睡眠时，你必须处理InterruptedException异常。

不止这些…

Condition接口提供不同版本的await()方法，如下：

await(long time, TimeUnit unit):这个线程将会一直睡眠直到：

(1)它被中断

(2)其他线程在这个condition上调用singal()或signalAll()方法

(3)指定的时间已经过了

(4)TimeUnit类是一个枚举类型如下的常量：

DAYS,HOURS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, MINUTES, NANOSECONDS,SECONDS

awaitUninterruptibly():这个线程将不会被中断，一直睡眠直到其他线程调用signal()或signalAll()方法
awaitUntil(Date date):这个线程将会一直睡眠直到：

(1)它被中断

(2)其他线程在这个condition上调用singal()或signalAll()方法

(3)指定的日期已经到了

你可以在一个读/写锁中的ReadLock和WriteLock上使用conditions。

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