掌握高并發(fā)、高可用架構(gòu)

第二課 并發(fā)編程

從本課開(kāi)始學(xué)習(xí)并發(fā)編程的內(nèi)容。主要介紹并發(fā)編程的基礎(chǔ)知識(shí)、鎖、內(nèi)存模型、線程池、各種并發(fā)容器的使用。

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第四節(jié) 線程通信

并發(fā)編程 線程通信 AQS Condition Lock

本節(jié)學(xué)習(xí)線程間的通信，并手寫緩存隊(duì)列。

線程通信的實(shí)現(xiàn)方式

有兩種：

1. 關(guān)鍵字synchronized結(jié)合wait()、notify()、notifyAll()來(lái)實(shí)現(xiàn)
2. 使用Lock并且結(jié)合Condition來(lái)實(shí)現(xiàn)

本節(jié)內(nèi)容主要講解Condition。

Condition

是個(gè)接口。實(shí)現(xiàn)類是ConditionObject，AQS的一個(gè)內(nèi)部類

public interface Condition {
    void await() throws InterruptedException;
    void awaitUnInterruptibly();
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
    void signal();
    void signalAll();
}

• await()，會(huì)使當(dāng)前線程等待，并且釋放鎖；當(dāng)其他線程執(zhí)行signal()或signalAll()時(shí)，線程會(huì)重新獲取鎖并繼續(xù)執(zhí)行；或者當(dāng)線程被中斷時(shí)，會(huì)使線程跳出等待。該方法和Object.wait()功能相似
• awaitUnInterruptibly()，與await類似，但是不會(huì)響應(yīng)中斷，即使是在等待狀態(tài)
• signal()，用于喚醒一個(gè)等待的線程。相對(duì)的signalAll()方法可以喚醒所有等待的線程。和Object.notify()功能類似

condition.await()必須在lock和unlock之間使用

使用lock.newCondition()來(lái)獲取Condition

虛假等待和虛假喚醒

當(dāng)執(zhí)行await()或signal()時(shí)，線程不一定立即響應(yīng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)虛假等待和虛假喚醒。這是對(duì)基礎(chǔ)平臺(tái)語(yǔ)義的讓步。若使用"if (!條件)"來(lái)做判斷的話會(huì)有問(wèn)題，所以一般使用 "while(!條件)"來(lái)防止這種情況

不用IF，使用WHILE

if (!條件) {
    condition.await();
}

while (!條件) {
    condition.await();
}

緩沖隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)

上代碼（生產(chǎn)者消費(fèi)者模式）

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

/**
 * @Description: 緩沖隊(duì)列
 * @Author: lsw
 * @Version: 1.0
 */
public class BoundedBuffer {

    final Lock lock = new ReentrantLock(); // 鎖對(duì)象

    final Condition notFull = lock.newCondition(); // 寫條件
    final Condition notEmpty = lock.newCondition(); // 讀條件

    final Object[] items = new Object[100]; // 容器

    int putIdx, // 寫索引
        takeIdx, // 讀索引
        count; // 當(dāng)前數(shù)量

    public void put(Object it) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length) {
                notFull.await(); // 當(dāng)容器存滿時(shí)，使寫線程等待
            }

            // 正常情況
            items[putIdx] = it;
            putIdx++;

            // 存到尾部，則再?gòu)念^開(kāi)始
            if (putIdx == items.length) {
                putIdx = 0;
            }
            count++;

            // 存入對(duì)象，就通知讀線程進(jìn)行讀取
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public Object take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0) {
                notEmpty.await(); // 當(dāng)容器空，則使讀線程等待
            }

            // 正常情況
            Object it = items[takeIdx];
            takeIdx++;

            // 如果讀到尾部，則從頭開(kāi)始
            if (takeIdx == items.length) {
                takeIdx = 0;
            }
            count--;

            // 喚醒寫線程
            notFull.signal();

            return it;
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }

}

通過(guò)針對(duì)同一個(gè)Lock創(chuàng)建多個(gè)Condition，可以非常靈活的控制各個(gè)線程執(zhí)行或者等待。這就是Condition的強(qiáng)大之處

LockSupport工具類

使用Lock實(shí)現(xiàn)加鎖解鎖以及Condition對(duì)線程進(jìn)行狀態(tài)操作時(shí)，底層都會(huì)用到LockSupport.part()或者LockSupport.unpark()。下面我們來(lái)研究下這個(gè)工具類。

public class LockSupport {
    static void park() {}
    static void park(Object blocker) {}
    static void parkNanos(long nanos) {}
    static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {}
    static void parkUntil(long deadline) {}
    static void park(Object blocker, long deadline) {}
    static void unpark(Thread t) {}
}

park()方法的作用是使當(dāng)前線程進(jìn)入等待WAITING隊(duì)列，直到調(diào)用unpark()或者響應(yīng)中斷

parkNanos()方法是指使當(dāng)前線程進(jìn)入等待隊(duì)列，且等待時(shí)間不可超過(guò)指定的時(shí)長(zhǎng)

parkUntil()方法是指使當(dāng)前線程進(jìn)入等待隊(duì)列，直到某個(gè)截止時(shí)間退出等待

參數(shù)blocker是可用于記錄導(dǎo)致線程等待的對(duì)象，方便排查問(wèn)題

unpark()用于喚醒指定的線程

這些功能的底層是調(diào)用的Unsafe本地類庫(kù)的UNSAFE.park()和UNSAFE.unpark()