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声明：本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第二章，作者： Javier Fernández González     译者：许巧辉 校对：方腾飞

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。

[code lang=”java”]

public class FileMock {
private String content[];
private int index;

[/code]

2.实现FileMock类的构造器，用随机字符初始化文件的内容。

[code lang=”java”]

public FileMock(int size, int length){
content=new String[size];
for (int i=0; i<size; i++){
StringBuilder buffer=new StringBuilder(length);
for (int j=0; j<length; j++){
int indice=(int)Math.random()*255;
buffer.append((char)indice);
}
content[i]=buffer.toString();
}
index=0;
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

public boolean hasMoreLines(){
return index<content.length;
}

[/code]

4.实现getLine()方法，返回index属性所确定的行数并增加其值。

[code lang=”java”]

public String getLine(){
if (this.hasMoreLines()) {
System.out.println("Mock: "+(content.length-index));
return content[index++];
}
return null;
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

public class Buffer {

[/code]

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

[code lang=”java”]

private LinkedList<String> buffer;
private int maxSize;
private ReentrantLock lock;
private Condition lines;
private Condition space;
private boolean pendingLines;

[/code]

7.实现Buffer类的构造器，初始化前面描述的所有属性。

[code lang=”java”]

public Buffer(int maxSize) {
this.maxSize=maxSize;
buffer=new LinkedList<>();
lock=new ReentrantLock();
lines=lock.newCondition();
space=lock.newCondition();
pendingLines=true;
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

public void insert(String line) {
lock.lock();
try {
while (buffer.size() == maxSize) {
space.await();
}
buffer.offer(line);
System.out.printf("%s: Inserted Line: %d\n", Thread.
currentThread().getName(),buffer.size());
lines.signalAll();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

public String get() {
String line=null;
lock.lock();
try {
while ((buffer.size() == 0) &&(hasPendingLines())) {
lines.await();
}
if (hasPendingLines()) {
line = buffer.poll();
System.out.printf("%s: Line Readed: %d\n",Thread.
currentThread().getName(),buffer.size());

space.signalAll();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
return line;
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

public void setPendingLines(boolean pendingLines) {
this.pendingLines=pendingLines;
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

public boolean hasPendingLines() {
return pendingLines || buffer.size()>0;
}

[/code]

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

[code lang=”java”]

public class Producer implements Runnable {

[/code]

13.声明两个属性：一个FileMock类对象，另一个Buffer类对象。

[code lang=”java”]

private FileMock mock;
private Buffer buffer;

[/code]

14.实现Producer类的构造器，初始化这两个属性。

[code lang=”java”]

public Producer (FileMock mock, Buffer buffer){
this.mock=mock;
this.buffer=buffer;
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

@Override
public void run() {
buffer.setPendingLines(true);
while (mock.hasMoreLines()){
String line=mock.getLine();
buffer.insert(line);
}
buffer.setPendingLines(false);
}

[/code]

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

[code lang=”java”]

public class Consumer implements Runnable {

[/code]

17.声明Buffer对象，实现Consumer构造器来初始化这个对象。

[code lang=”java”]

private Buffer buffer;
public Consumer (Buffer buffer) {
this.buffer=buffer;
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

@Override
public void run() {
while (buffer.hasPendingLines()) {
String line=buffer.get();
processLine(line);
}
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

private void processLine(String line) {
try {
Random random=new Random();
Thread.sleep(random.nextInt(100));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

[/code]

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。

[code lang=”java”]

public class Main {
public static void main(String[] args) {

[/code]

21.创建一个FileMock对象。

[code lang=”java”]

FileMock mock=new FileMock(100, 10);

[/code]

22.创建一个Buffer对象。

[code lang=”java”]

Buffer buffer=new Buffer(20);

[/code]

23.创建Producer对象，并且用10个线程运行它。

[code lang=”java”]

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

[/code]

24.创建Consumer对象，并且用10个线程运行它。

[code lang=”java”]

Consumer consumers[]=new Consumer[3];
Thread threadConsumers[]=new Thread[3];
for (int i=0; i<3; i++){
consumers[i]=new Consumer(buffer);
threadConsumers[i]=new Thread(consumers[i],"Consumer "+i);
}

[/code]

25.启动producer和3个consumers。

[code lang=”java”]

threadProducer.start();
for (int i=0; i<3; i++){
threadConsumers[i].start();
}

[/code]

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。

参见

• 在第2章，基本线程同步中使用Lock同步代码块的指南
• 在第2章，基本线程同步中使用读/写锁同步数据访问