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Java多线程中Condition类的详细介绍、应用场景和示例代码

article 2025/1/23 10:26:05

在Java中，Condition类是一个用于线程间协调的工具，允许线程在某些条件下进行等待和通知。它是java.util.concurrent.locks包中的一部分，通常与ReentrantLock结合使用。下面我将详细介绍Condition类的使用、应用场景以及示例代码。

Condition类的详细介绍

作用

Condition接口提供了一种比传统的Object.wait()和Object.notify()机制更灵活的方式来实现线程间的等待和通知。它允许线程在某个条件成立时继续执行，而在条件不成立时进行等待。

主要方法

await()：使当前线程等待，直到被其他线程唤醒。
signal()：唤醒在此条件上等待的一个线程。
signalAll()：唤醒在此条件上等待的所有线程。

应用场景

生产者-消费者问题：一个线程（生产者）生成数据并将其放入缓冲区，而另一个线程（消费者）从缓冲区中取出数据。在缓冲区满时，生产者应等待；在缓冲区为空时，消费者应等待。
线程协调：在某些情况下，多个线程需要在特定条件下进行协调。例如，多个线程必须在同一个状态下才能继续执行下一步操作。

示例代码

以下是一个简单的生产者-消费者示例，展示了如何使用Condition来协调线程间的工作。

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class BoundedBuffer {
    private final int[] buffer;
    private int count, putIndex, takeIndex;
    private final ReentrantLock lock;
    private final Condition notEmpty;
    private final Condition notFull;

    public BoundedBuffer(int size) {
        buffer = new int[size];
        lock = new ReentrantLock();
        notEmpty = lock.newCondition();
        notFull = lock.newCondition();
    }

    public void put(int value) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == buffer.length) { // 如果缓冲区满，等待
                notFull.await();
            }
            buffer[putIndex] = value; // 放入数据
            putIndex = (putIndex + 1) % buffer.length;
            count++;
            notEmpty.signal(); // 通知消费者
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0) { // 如果缓冲区空，等待
                notEmpty.await();
            }
            int value = buffer[takeIndex]; // 取出数据
            takeIndex = (takeIndex + 1) % buffer.length;
            count--;
            notFull.signal(); // 通知生产者
            return value;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

public class ProducerConsumerExample {
    public static void main(String[] args) {
        BoundedBuffer buffer = new BoundedBuffer(5);

        // 生产者线程
        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    System.out.println("Producing " + i);
                    buffer.put(i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }).start();

        // 消费者线程
        new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    int value = buffer.take();
                    System.out.println("Consuming " + value);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }).start();
    }
}

代码解析

BoundedBuffer类：这是一个有界缓冲区，使用一个数组来存储数据。通过ReentrantLock和Condition来控制访问。
- put()方法用于放入数据，当缓冲区满时，生产者线程会等待。
- take()方法用于取出数据，当缓冲区空时，消费者线程会等待。
- notEmpty和notFull条件用于在缓冲区空和满时进行协调。
ProducerConsumerExample类：主程序创建了一个生产者线程和一个消费者线程。生产者不断生成数据并放入缓冲区，而消费者则从缓冲区中取出数据。