Java多线程:条件变量

条件变量是Java5线程中很重要的一个概念，顾名思义，条件变量就是表示条件的一种变量。但是必须说明，这里的条件是没有实际含义的，仅仅是个标记而已，并且条件的含义往往通过代码来赋予其含义。

这里的条件和普通意义上的条件表达式有着天壤之别。

条件变量都实现了java.util.concurrent.locks.Condition接口，条件变量的实例化是通过一个Lock对象上调用newCondition()方法来获取的，这样，条件就和一个锁对象绑定起来了。因此，Java中的条件变量只能和锁配合使用，来控制并发程序访问竞争资源的安全。

条件变量的出现是为了更精细控制线程等待与唤醒，在Java5之前，线程的等待与唤醒依靠的是Object对象的wait()和notify()/notifyAll()方法，这样的处理不够精细。

而在Java5中，一个锁可以有多个条件，每个条件上可以有多个线程等待，通过调用await()方法，可以让线程在该条件下等待。当调用signalAll()方法，又可以唤醒该条件下的等待的线程。有关Condition接口的API可以具体参考JavaAPI文档。

条件变量比较抽象，原因是他不是自然语言中的条件概念，而是程序控制的一种手段。

下面以一个银行存取款的模拟程序为例来揭盖Java多线程条件变量的神秘面纱：

有一个账户，多个用户（线程）在同时操作这个账户，有的存款有的取款，存款随便存，取款有限制，不能透支，任何试图透支的操作都将等待里面有足够存款才执行操作。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
\* Java线程：条件变量
*
\* @author leizhimin 2009-11-5 10:57:29
*/
publicclass Test {
    publicstaticvoid main(String[] args) {
        //创建并发访问的账户
        MyCount myCount = new MyCount("95599200901215522", 10000);
        //创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Thread t1 = new SaveThread("张三", myCount, 2000);
        Thread t2 = new SaveThread("李四", myCount, 3600);
        Thread t3 = new DrawThread("王五", myCount, 2700);
        Thread t4 = new SaveThread("老张", myCount, 600);
        Thread t5 = new DrawThread("老牛", myCount, 1300);
        Thread t6 = new DrawThread("胖子", myCount, 800);
        //执行各个线程
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
        pool.execute(t6);
        //关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
}
package com.jiading.Condition;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class TestCondition {
    public static void main(String[] args) {
        //创建并发访问的账户
        MyCount myCount = new MyCount("95599200901215522", 10000);
        //创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Thread t1 = new SaveThread("张三", myCount, 2000);
        Thread t2 = new SaveThread("李四", myCount, 3600);
        Thread t3 = new DrawThread("王五", myCount, 2700);
        Thread t4 = new SaveThread("老张", myCount, 600);
        Thread t5 = new DrawThread("老牛", myCount, 1300);
        Thread t6 = new DrawThread("胖子", myCount, 800);
        //执行各个线程
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
        pool.execute(t6);
        //关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
}

/**
 * \* 存款线程类
 */
class SaveThread extends Thread {
    private String name;        //操作人
    private MyCount myCount;    //账户
    private int x;              //存款金额


    SaveThread(String name, MyCount myCount, int x) {
        this.name = name;
        this.myCount = myCount;
        this.x = x;
    }


    public void run() {
        myCount.saving(x, name);
    }
}

/**
 * \* 取款线程类
 */
class DrawThread extends Thread {
    private String name;        //操作人
    private MyCount myCount;    //账户
    private int x;              //存款金额


    DrawThread(String name, MyCount myCount, int x) {
        this.name = name;
        this.myCount = myCount;
        this.x = x;
    }


    public void run() {
        myCount.drawing(x, name);
    }
}


/**
 * \* 普通银行账户，不可透支
 */
class MyCount {
    private String oid;            //账号
    private int cash;              //账户余额
    private Lock lock = new ReentrantLock();        //账户锁
    /**
     * 注意，对于一把锁，我们可以创建多于一个的条件变量。这样就能在一个锁的情况中选择性地唤醒一部分对象了
     */
    private Condition _save = lock.newCondition();  //存款条件
    private Condition _draw = lock.newCondition();  //取款条件


    MyCount(String oid, int cash) {
        this.oid = oid;
        this.cash = cash;
    }

    /**
     *      \* 存款
     *      *
     *      \* @param x    操作金额
     *      \* @param name 操作人
     * 
     */


    public void saving(int x, String name) {
        lock.lock();            //获取锁
        if (x > 0) {
            cash += x;          //存款
            System.out.println(name + "存款" + x + "，当前余额为" + cash);
        }
        _draw.signalAll();      //唤醒所有等待线程。
        lock.unlock();          //释放锁
    }

    /**
     *      \* 取款
     *      *
     *      \* @param x    操作金额
     *      \* @param name 操作人
     * 
     */


    public void drawing(int x, String name) {
        lock.lock();                 //获取锁
        try {
            if (cash - x < 0) {
                _draw.await();       //使用条件变量阻塞取款操作，等待唤醒
                                    //使用条件变量的好处，就是在唤醒的时候只会唤醒用相同环境变量await的线程，而不会像notifyAll唤醒所有或者notify只唤醒随机的一个
            } else {
                cash -= x;           //取款
                System.out.println(name + "取款" + x + "，当前余额为" + cash);
            }
            _save.signalAll();       //唤醒所有存款操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();           //释放锁
        }
    }
}

李四存款3600，当前余额为13600
张三存款2000，当前余额为15600
老张存款600，当前余额为16200
老牛取款1300，当前余额为14900
胖子取款800，当前余额为14100
王五取款2700，当前余额为11400

Process finished with exit code 0

假如我们不用锁和条件变量，如何实现此功能呢？下面是实现代码：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
\* Java线程：不用条件变量
*
\* @author leizhimin 2009-11-5 10:57:29
*/
publicclass Test {
    publicstaticvoid main(String[] args) {
        //创建并发访问的账户
        MyCount myCount = new MyCount("95599200901215522", 10000);
        //创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Thread t1 = new SaveThread("张三", myCount, 2000);
        Thread t2 = new SaveThread("李四", myCount, 3600);
        Thread t3 = new DrawThread("王五", myCount, 2700);
        Thread t4 = new SaveThread("老张", myCount, 600);
        Thread t5 = new DrawThread("老牛", myCount, 1300);
        Thread t6 = new DrawThread("胖子", myCount, 800);
        //执行各个线程
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
        pool.execute(t6);
        //关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
}

/**
\* 存款线程类
*/
class SaveThreadextends Thread {
    private String name;        //操作人
    private MyCount myCount;    //账户
    privateint x;              //存款金额

    SaveThread(String name, MyCount myCount, int x) {
        this.name = name;
        this.myCount = myCount;
        this.x = x;
    }

    publicvoid run() {
        myCount.saving(x, name);
    }
}

/**
\* 取款线程类
*/
class DrawThreadextends Thread {
    private String name;        //操作人
    private MyCount myCount;    //账户
    privateint x;              //存款金额

    DrawThread(String name, MyCount myCount, int x) {
        this.name = name;
        this.myCount = myCount;
        this.x = x;
    }

    publicvoid run() {
        myCount.drawing(x, name);
    }
}


/**
\* 普通银行账户，不可透支
*/
class MyCount {
    private String oid;            //账号
    privateint cash;              //账户余额

    MyCount(String oid, int cash) {
        this.oid = oid;
        this.cash = cash;
    }

    /**
     \* 存款
     *
     \* @param x    操作金额
     \* @param name 操作人
     */
    publicsynchronizedvoid saving(int x, String name) {
        if (x > 0) {
            cash += x;          //存款
            System.out.println(name + "存款" + x +"，当前余额为" + cash);
        }
        notifyAll();      //唤醒所有等待线程。
    }

    /**
     \* 取款
     *
     \* @param x    操作金额
     \* @param name 操作人
     */
    publicsynchronizedvoid drawing(int x, String name) {
        if (cash - x < 0) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
        } else {
            cash -= x;           //取款
            System.out.println(name + "取款" + x +"，当前余额为" + cash);
        }
        notifyAll();       //唤醒所有存款操作
    }
}

输出结果为：

李四存款3600，当前余额为13600
王五取款2700，当前余额为10900
老张存款600，当前余额为11500
老牛取款1300，当前余额为10200
胖子取款800，当前余额为9400
张三存款2000，当前余额为11400

Process finished with exit code 0

结合先前同步代码知识，举一反三，将此例改为同步代码块来实现，代码如下：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
\* Java线程：改为同步代码块
*
\* @author leizhimin 2009-11-5 10:57:29
*/
publicclass Test {
    publicstaticvoid main(String[] args) {
        //创建并发访问的账户
        MyCount myCount = new MyCount("95599200901215522", 10000);
        //创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Thread t1 = new SaveThread("张三", myCount, 2000);
        Thread t2 = new SaveThread("李四", myCount, 3600);
        Thread t3 = new DrawThread("王五", myCount, 2700);
        Thread t4 = new SaveThread("老张", myCount, 600);
        Thread t5 = new DrawThread("老牛", myCount, 1300);
        Thread t6 = new DrawThread("胖子", myCount, 800);
        //执行各个线程
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
        pool.execute(t6);
        //关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
}

/**
\* 存款线程类
*/
class SaveThreadextends Thread {
    private String name;        //操作人
    private MyCount myCount;    //账户
    privateint x;              //存款金额

    SaveThread(String name, MyCount myCount, int x) {
        this.name = name;
        this.myCount = myCount;
        this.x = x;
    }

    publicvoid run() {
        myCount.saving(x, name);
    }
}

/**
\* 取款线程类
*/
class DrawThreadextends Thread {
    private String name;        //操作人
    private MyCount myCount;    //账户
    privateint x;              //存款金额

    DrawThread(String name, MyCount myCount, int x) {
        this.name = name;
        this.myCount = myCount;
        this.x = x;
    }

    publicvoid run() {
        myCount.drawing(x, name);
    }
}


/**
\* 普通银行账户，不可透支
*/
class MyCount {
    private String oid;            //账号
    privateint cash;              //账户余额

    MyCount(String oid, int cash) {
        this.oid = oid;
        this.cash = cash;
    }

    /**
     \* 存款
     *
     \* @param x    操作金额
     \* @param name 操作人
     */
    publicvoid saving(int x, String name) {
        if (x > 0) {
            synchronized (this) {
                cash += x;          //存款
                System.out.println(name + "存款" + x +"，当前余额为" + cash);
                notifyAll();      //唤醒所有等待线程。
            }
        }
    }

    /**
     \* 取款
     *
     \* @param x    操作金额
     \* @param name 操作人
     */
    publicsynchronizedvoid drawing(int x, String name) {
        synchronized (this) {
            if (cash - x < 0) {
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e1) {
                    e1.printStackTrace();
                }
            } else {
                cash -= x;           //取款
                System.out.println(name + "取款" + x +"，当前余额为" + cash);
            }
        }
        notifyAll();       //唤醒所有存款操作
    }
}

Process finished with exit code 0

对比以上三种方式，从控制角度上讲，第一种最灵活，第二种代码最简单，第三种容易犯错。

posted @ 2020-03-18 20:44 别再闹了阅读(1326) 评论(0) 收藏举报

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别再闹了

某C9高校计算机在读研究生，现在主要研究计算机视觉，之前研究过Java
background:《June Sunshine》，Alfred Sisley
写博客是为了构建知识系统，有原创也有转载

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