java基础——多线程（锁lock&&条件阻塞Condition）

一、Lock实现线程同步通信

1、Lock比传统线程模型中的synchronized方式更加面向对象，与生活中的锁类似，锁本身也应该是一个对象。两个线程执行的代码片段要实现同步互斥的效果，它们必须用同一个Lock对象。

class Output{
//1、实例化一把锁，但Lock是个接口，要用ReentrantLock作为实现类
Lock lock = new ReentrantLock();
public void output1(String a){
int len = a.length();
lock.lock();//2、把所要锁起来的程序加锁
try {
for (int i = 0; i < len; i++) {
System.out.print(a.charAt(i));//打印每个字母
}
} finally {
lock.unlock(); //3、在finally里面打开锁
}
System.out.println();
}
}

2、读写锁：分为读锁和写锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，这是由jvm自己控制的，你只要上好相应的锁即可。如果你的代码只读数据，可以很多人同时读，但不能同时写，那就上读锁；如果你的代码修改数据，只能有一个人在写，且不能同时读取，那就上写锁。总之，读的时候上读锁，写的时候上写锁！

1）下面是jdk配的Demo

class CachedData {
Object data;
volatile boolean cacheValid;
final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();//读写锁实例

void processCachedData() {
rwl.readLock().lock(); //1、一开始假设有数据，上读锁
if (!cacheValid) {//判断是否有数据，有跳2、；没有跳4、
// Must release read lock before acquiring write lock
rwl.readLock().unlock(); //4、解读锁上写锁
rwl.writeLock().lock();
try {
// Recheck state because another thread might have
// acquired write lock and changed state before we did.
if (!cacheValid) {
data = ...  //5、写数据
cacheValid = true;
}
// Downgrade by acquiring read lock before releasing write lock
rwl.readLock().lock(); //6、上读锁，解写锁
} finally {
rwl.writeLock().unlock(); // Unlock write, still hold read
}
}

try {
use(data);// 2、有数据，直接读
} finally {
rwl.readLock().unlock();//3、读完，解锁
}
}
}

2）面试题：设计一个缓存系统（使用上面Demo的原理）

public class CacheDemo {
/**
* 需求（面试题）： 缓存系统(那一个数据，如果缓存有，直接在缓存取数据； 如果没有，缓存就去找数据库，等你下次再找的时候我就可以直接给你)
*/
// 1、创建一个Map，用于保存数据键值对
private Map<String, Object> cache = new HashMap<String, Object>();

public static void main(String[] args) {

}

// 定义一把读写锁
private ReadWriteLock rw1 = new ReentrantReadWriteLock();

public Object getData(String key) {
rw1.readLock().lock();
// 根据key得到一个Object
Object value = null;
try {
value = cache.get(key);
if (value == null) {
rw1.readLock().unlock();
rw1.writeLock().lock();
try {
if(value == null){ //注意要再次判断value的值，防止多个线程进来了，多次设值
value = "bbbbb";
}
} finally {
rw1.writeLock().unlock();
}
rw1.readLock().lock();
}
} finally {
rw1.readLock().unlock();
}
return value;
}
}

二、条件阻塞Condition的应用

1、在等待 Condition 时，允许发生“虚假唤醒”，这通常作为对基础平台语义的让步。对于大多数应用程序，这带来的实际影响很小，因为 Condition 应该总是在一个循环中被等待，并测试正被等待的状态声明。某个实现可以随意移除可能的虚假唤醒，但建议应用程序程序员总是假定这些虚假唤醒可能发生，因此总是在一个循环中等待。

2、一个锁内部可以有多个Condition，即有多路等待和通知，可以参看jdk1.5提供的Lock与Condition实现的可阻塞队列的应用案例，从中除了要体味算法，还要体味面向对象的封装。在传统的线程机制中一个监视器对象上只能有一路等待和通知，要想实现多路等待和通知，必须嵌套使用多个同步监视器对象。（如果只用一个Condition，两个放的都在等，一旦一个放的进去了，那么它通知可能会导致另一个放接着往下走。）

例子-面试题：定义三个线程，一个主线程，两个子线程。主线程循环2次，接着子线程1循环3次，接着子线程2循环4次，接着又回到主线程循环2次，如此循环5次。

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

public class ConditionCommunication {
/**
*  需求:定义三个线程，一个主线程，两个子线程。主线程循环2次，接着子线程1循环3次，接着子线程2循环4次，接着又回到主线程循环2次，如此循环5次。
*/
public static void main(String[] args) {

final Business bus = new Business();

new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 4; i++) {
bus.sub1(i);
}
}
}).start();

new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 4; i++) {
bus.sub2(i);
}
}
}).start();

for (int i = 1; i <= 4; i++) {
bus.main(i);
}
}

static class Business {
private int isExcu = 1; //初始值为1，默认先让主线程执行
Lock lock = new ReentrantLock();
//定义三个Condition便于区分唤醒三个线程
Condition conditionMain = lock.newCondition();
Condition conditionSub1 = lock.newCondition();
Condition conditionSub2 = lock.newCondition();

public void sub1(int i) {
lock.lock();
try {
while (isExcu !=2) { //执行值不为2，等待
try {
conditionSub1.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for (int j = 1; j <= 2; j++) {
System.out.println(" 子线程sub1   "
+ Thread.currentThread().getName() + "  正在输出    "
+ j + "  in loop of  " + i);
isExcu = 3; //执行完sub1，赋值给isExcu，让sub2执行
conditionSub2.signal();//唤醒sub2
}
} finally {
lock.unlock();
}
}

public void sub2(int i) {
lock.lock();
try {
while (isExcu!=3) {//执行值不为3，本身就等待
try {
conditionSub2.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for (int j = 1; j <= 3; j++) {
System.out.println(" 子线程sub2   "
+ Thread.currentThread().getName() + "  正在输出    "
+ j + "  in loop of  " + i);
isExcu = 1;//执行完sub2，赋值给isExcu，让main执行
conditionMain.signal();//唤醒main
}
} finally {
lock.unlock();
}

}

public synchronized void main(int i) {
lock.lock();
try {
while (isExcu!= 1) {//执行值不为1，本身就等待
try {
conditionMain.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for (int k = 1; k <= 1; k++) {
System.out.println(" 主线程   "
+ Thread.currentThread().getName() + "  正在输出    "
+ k + "  in loop of  " + i);
isExcu = 2;//执行完main，赋值给isExcu，让sub1执行
conditionSub1.signal();//唤醒sub1
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
}

打印结果：

 主线程   main  正在输出    1  in loop of  1

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    1  in loop of  1

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    2  in loop of  1

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    1  in loop of  1

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    2  in loop of  1

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    3  in loop of  1

 主线程   main  正在输出    1  in loop of  2

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    1  in loop of  2

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    2  in loop of  2

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    1  in loop of  2

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    2  in loop of  2

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    3  in loop of  2

 主线程   main  正在输出    1  in loop of  3

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    1  in loop of  3

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    2  in loop of  3

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    1  in loop of  3

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    2  in loop of  3

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    3  in loop of  3

 主线程   main  正在输出    1  in loop of  4

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    1  in loop of  4

 子线程sub1   Thread-0  正在输出    2  in loop of  4

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    1  in loop of  4

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    2  in loop of  4

 子线程sub2   Thread-1  正在输出    3  in loop of  4