专辑：Java高并发教程_JUC中的Condition-Java充电社【公众号：Java充电社】

## 本文目标

1. synchronized中实现线程等待和唤醒
2. Condition简介及常用方法介绍及相关示例
3. 使用Condition实现生产者消费者
4. 使用Condition实现同步阻塞队列

Object对象中的wait()，notify()方法，用于线程等待和唤醒等待中的线程，大家应该比较熟悉，想再次了解的朋友可以移步到[线程的基本操作](/course/1/6)

## synchronized中等待和唤醒线程示例

```java
package com.itsoku.chat09;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 微信公众号：路人甲Java，专注于java技术分享（带你玩转 爬虫、分布式事务、异步消息服务、任务调度、分库分表、大数据等），喜欢请关注！
 */
public class Demo1 {
    static Object lock = new Object();

public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            synchronized (lock) {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

public static class T2 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            synchronized (lock) {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                lock.notify();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + " notify!");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备释放锁!");
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        T2 t2 = new T2();
        t2.setName("t2");
        t2.start();
    }
}
```

输出：

```txt
1：1563530109234,t1准备获取锁!
2：1563530109234,t1获取锁成功!
3：1563530114236,t2准备获取锁!
4：1563530114236,t2获取锁成功!
5：1563530114236,t2 notify!
6：1563530119237,t2准备释放锁!
7：1563530119237,t2释放锁成功!
8：1563530119237,t1释放锁成功!
```

代码结合输出的结果我们分析一下：

1. 线程t1先获取锁，然后调用了wait()方法将线程置为等待状态，然后会释放lock的锁
2. 主线程等待5秒之后，启动线程t2，t2获取到了锁，结果中1、3行时间相差5秒左右
3. t2调用lock.notify()方法，准备将等待在lock上的线程t1唤醒，notify()方法之后又休眠了5秒，看一下输出的5、8可知，notify()方法之后，t1并不能立即被唤醒，需要等到t2将synchronized块执行完毕，释放锁之后，t1才被唤醒
4. wait()方法和notify()方法必须放在同步块内调用（synchronized块内），否则会报错

## Condition使用简介

在了解Condition之前，需要先了解一下重入锁ReentrantLock，可以移步到：[JUC中的ReentranLock]()。

任何一个java对象都天然继承于Object类，在线程间实现通信的往往会应用到Object的几个方法，比如wait()、wait(long timeout)、wait(long timeout, int nanos)与notify()、notifyAll()几个方法实现等待/通知机制，同样的， 在java Lock体系下依然会有同样的方法实现等待/通知机制。

从整体上来看**Object的wait和notify/notify是与对象监视器配合完成线程间的等待/通知机制，而Condition与Lock配合完成等待通知机制，前者是java底层级别的，后者是语言级别的，具有更高的可控制性和扩展性**。两者除了在使用方式上不同外，在**功能特性**上还是有很多的不同：

1. Condition能够支持不响应中断，而通过使用Object方式不支持
2. Condition能够支持多个等待队列（new 多个Condition对象），而Object方式只能支持一个
3. Condition能够支持超时时间的设置，而Object不支持

Condition由ReentrantLock对象创建，并且可以同时创建多个，Condition接口在使用前必须先调用ReentrantLock的lock()方法获得锁，之后调用Condition接口的await()将释放锁，并且在该Condition上等待，直到有其他线程调用Condition的signal()方法唤醒线程，使用方式和wait()、notify()类似。

示例代码：

```java
package com.itsoku.chat09;

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

/**
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 */
public class Demo2 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

public static class T2 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备获取锁!");
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "获取锁成功!");
                condition.signal();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + " signal!");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "准备释放锁!");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + "释放锁成功!");
        }
    }

输出：

```java
1563532185827,t1准备获取锁!
1563532185827,t1获取锁成功!
1563532190829,t2准备获取锁!
1563532190829,t2获取锁成功!
1563532190829,t2 signal!
1563532195829,t2准备释放锁!
1563532195829,t2释放锁成功!
1563532195829,t1释放锁成功!
```

输出的结果和使用synchronized关键字的实例类似。

Condition.await()方法和Object.wait()方法类似，当使用Condition.await()方法时，需要先获取Condition对象关联的ReentrantLock的锁，在Condition.await()方法被调用时，当前线程会释放这个锁，并且当前线程会进行等待（处于阻塞状态）。在signal()方法被调用后，系统会从Condition对象的等待队列中唤醒一个线程，一旦线程被唤醒，被唤醒的线程会尝试重新获取锁，一旦获取成功，就可以继续执行了。因此，在signal被调用后，一般需要释放相关的锁，让给其他被唤醒的线程，让他可以继续执行。

## Condition常用方法

Condition接口提供的常用方法有：

> **和Object中wait类似的方法**

1. void await() throws InterruptedException:当前线程进入等待状态，如果其他线程调用condition的signal或者signalAll方法并且当前线程获取Lock从await方法返回，如果在等待状态中被中断会抛出被中断异常；
2. long awaitNanos(long nanosTimeout)：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者**超时**；
3. boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException：同第二种，支持自定义时间单位，false：表示方法超时之后自动返回的，true：表示等待还未超时时，await方法就返回了（超时之前，被其他线程唤醒了）
4. boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者**到了某个时间** 
5. void awaitUninterruptibly();：当前线程进入等待状态，不会响应线程中断操作，只能通过唤醒的方式让线程继续

> **和Object的notify/notifyAll类似的方法**

1. void signal()：唤醒一个等待在condition上的线程，将该线程从**等待队列**中转移到**同步队列**中，如果在同步队列中能够竞争到Lock则可以从等待方法中返回。
2. void signalAll()：与1的区别在于能够唤醒所有等待在condition上的线程

## Condition.await()过程中被打断

```java
package com.itsoku.chat09;

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

/**
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 */
public class Demo4 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("中断标志：" + this.isInterrupted());
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        //给t1线程发送中断信号
        System.out.println("1、t1中断标志：" + t1.isInterrupted());
        t1.interrupt();
        System.out.println("2、t1中断标志：" + t1.isInterrupted());
    }
}
```

输出：

```java
1、t1中断标志：false
2、t1中断标志：true
中断标志：false
java.lang.InterruptedException
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.reportInterruptAfterWait(AbstractQueuedSynchronizer.java:2014)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2048)
	at com.itsoku.chat09.Demo4$T1.run(Demo4.java:19)
```

调用condition.await()之后，线程进入阻塞中，调用t1.interrupt()，给t1线程发送中断信号，await()方法内部会检测到线程中断信号，然后触发`InterruptedException`异常，线程中断标志被清除。从输出结果中可以看出，线程t1中断标志的变换过程：false->true->false

## await(long time, TimeUnit unit)超时之后自动返回

```java
package com.itsoku.chat09;

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

/**
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 */
public class Demo5 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",start");
                boolean r = condition.await(2, TimeUnit.SECONDS);
                System.out.println(r);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
    }
}
```

输出：

```java
1563541624082,t1,start
false
1563541626085,t1,end
```

t1线程等待2秒之后，自动返回继续执行，最后await方法返回false，**await返回false表示超时之后自动返回**

## await(long time, TimeUnit unit)超时之前被唤醒

```java
package com.itsoku.chat09;

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

/**
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 */
public class Demo6 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",start");
                boolean r = condition.await(5, TimeUnit.SECONDS);
                System.out.println(r);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒之后，唤醒t1线程
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
```

输出：

```txt
1563542046046,t1,start
true
1563542047048,t1,end
```

t1线程中调用`condition.await(5, TimeUnit.SECONDS);`方法会释放锁，等待5秒，主线程休眠1秒，然后获取锁，之后调用signal()方法唤醒t1，输出结果中发现await后过了1秒（1、3行输出结果的时间差），await方法就返回了，并且返回值是true。**true表示await方法超时之前被其他线程唤醒了。**

## long awaitNanos(long nanosTimeout)超时返回

```java
package com.itsoku.chat09;

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

/**
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 */
public class Demo7 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

public static class T1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",start");
                long r = condition.awaitNanos(TimeUnit.SECONDS.toNanos(5));
                System.out.println(r);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + this.getName() + ",end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1();
        t1.setName("t1");
        t1.start();
    }
}
```

输出：

```
1563542547302,t1,start
-258200
1563542552304,t1,end
```

**awaitNanos参数为纳秒，可以调用TimeUnit中的一些方法将时间转换为纳秒。**

t1调用await方法等待5秒超时返回，返回结果为负数，表示超时之后返回的。

## waitNanos(long nanosTimeout)超时之前被唤醒

```java
package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：路人甲Java，专注于java技术分享（带你玩转 爬虫、分布式事务、异步消息服务、任务调度、分库分表、大数据等），喜欢请关注！
 */
public class Demo8 {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

输出：

```
1563542915991,t1,start
3999988500
1563542916992,t1,end
```

t1中调用await休眠5秒，主线程休眠1秒之后，调用signal()唤醒线程t1，await方法返回正数，表示返回时距离超时时间还有多久，将近4秒，返回正数表示，线程在超时之前被唤醒了。

**其他几个有参的await方法和无参的await方法一样，线程调用interrupt()方法时，这些方法都会触发InterruptedException异常，并且线程的中断标志会被清除。**

## 同一个锁支持创建多个Condition

使用两个Condition来实现一个阻塞队列的例子：

```java
package com.itsoku.chat09;

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

/**
 * 微信公众号：路人甲Java，专注于java技术分享（带你玩转 爬虫、分布式事务、异步消息服务、任务调度、分库分表、大数据等），喜欢请关注！
 */
public class BlockingQueueDemo<E> {
    int size;//阻塞队列最大容量

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

LinkedList<E> list = new LinkedList<>();//队列底层实现

Condition notFull = lock.newCondition();//队列满时的等待条件
    Condition notEmpty = lock.newCondition();//队列空时的等待条件

public BlockingQueueDemo(int size) {
        this.size = size;
    }

public void enqueue(E e) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (list.size() == size)//队列已满,在notFull条件上等待
                notFull.await();
            list.add(e);//入队:加入链表末尾
            System.out.println("入队：" + e);
            notEmpty.signal(); //通知在notEmpty条件上等待的线程
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

public E dequeue() throws InterruptedException {
        E e;
        lock.lock();
        try {
            while (list.size() == 0)//队列为空,在notEmpty条件上等待
                notEmpty.await();
            e = list.removeFirst();//出队:移除链表首元素
            System.out.println("出队：" + e);
            notFull.signal();//通知在notFull条件上等待的线程
            return e;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

public static void main(String[] args) {
        BlockingQueueDemo<Integer> queue = new BlockingQueueDemo<>(2);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int data = i;
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        queue.enqueue(data);
                    } catch (InterruptedException e) {

}
                }
            }).start();
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Integer data = queue.dequeue();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}
```

代码非常容易理解，创建了一个阻塞队列，大小为3，队列满的时候，会被阻塞，等待其他线程去消费，队列中的元素被消费之后，会唤醒生产者，生产数据进入队列。上面代码将队列大小置为1，可以实现同步阻塞队列，生产1个元素之后，生产者会被阻塞，待消费者消费队列中的元素之后，生产者才能继续工作。

## Object的监视器方法与Condition接口的对比

| 对比项                                     | Object 监视器方法           | Condition                                                    |
| ------------------------------------------ | --------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
| 前置条件                                   | 获取对象的锁                | 调用Lock.lock获取锁，调用Lock.newCondition()获取Condition对象 |
| 调用方式                                   | 直接调用，如：object.wait() | 直接调用，如：condition.await()                              |
| 等待队列个数                               | 一个                        | 多个，使用多个condition实现                                  |
| 当前线程释放锁并进入等待状态               | 支持                        | 支持                                                         |
| 当前线程释放锁进入等待状态中不响应中断     | 不支持                      | 支持                                                         |
| 当前线程释放锁并进入超时等待状态           | 支持                        | 支持                                                         |
| 当前线程释放锁并进入等待状态到将来某个时间 | 不支持                      | 支持                                                         |
| 唤醒等待队列中的一个线程                   | 支持                        | 支持                                                         |
| 唤醒等待队列中的全部线程                   | 支持                        | 支持                                                         |

## 总结

1. 使用condition的步骤：创建condition对象，获取锁，然后调用condition的方法
2. 一个ReentrantLock支持床多个condition对象
3. `void await() throws InterruptedException;`方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持线程中断
4. `void awaitUninterruptibly();`方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，不支持线程中断
5. `long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;`参数为纳秒，此方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为负数；超时之前返回的，结果为正数（表示返回时距离超时时间相差的纳秒数）
6. `boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;`方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为false；超时之前返回的，结果为true
7. `boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;`参数表示超时的截止时间点，方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为false；超时之前返回的，结果为true
8. `void signal();`会唤醒一个等待中的线程，然后被唤醒的线程会被加入同步队列，去尝试获取锁
9. `void signalAll();`会唤醒所有等待中的线程，将所有等待中的线程加入同步队列，然后去尝试获取锁

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## 最新资料

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6. <a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkwOTAyMTY2NA==&mid=2247485664&idx=1&sn=435f9f515a8f881642820d7790ad20ce&scene=21#wechat_redirect" target="_blank">Idea 快捷键大全.pdf</a>

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